Что такое биополимер кратко
Биополимеры
Полезное
Смотреть что такое «Биополимеры» в других словарях:
БИОПОЛИМЕРЫ — высокомолекулярные (молекулярная масса 103 109) природные соединения белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, а также их производные. Являются структурной основой живых организмов и играют определяющую роль в процессах жизнедеятельности … Большой Энциклопедический словарь
БИОПОЛИМЕРЫ — высокомолекулярные (мол. м. 10л 109) природные соединения белки, нуклеиновые к ты, полисахариды, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся групп атомов или звеньев одинакового или различного химич. строения. Составляют структурную… … Биологический энциклопедический словарь
биополимеры — природные высокомолекулярные соединения (мол. масса 1°3 1°9 Да), являющиеся структурной основой всех живых клеток и играющие определяющую роль в процессах жизнедеятельности. К Б. относят белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды, а также… … Словарь микробиологии
Биополимеры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящих в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Источник: ВП П8 2322. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до… … Официальная терминология
Биополимеры — БИОПОЛИМЕРЫ, высокомолекулярные (молекулярная масса 103 109) природные соединения белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, а также их производные. Образуют структурную основу клеток, тканей, органов всех живых организмов и играют определяющую… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
биополимеры — Термин биополимеры Термин на английском biopolymers Синонимы Аббревиатуры Связанные термины активный центр катализатора, антитело, белки, биоинженерия, биологическая мембрана, биосенсор, доставка лекарственных средств Определение… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
Биополимеры — Биополимеры класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, лигнин. Биополимеры состоят из одинаковых (или схожих) звеньев мономеров. Мономеры … Википедия
биополимеры — ов; мн. (ед. биополимер, а; м.). Высокомолекулярные природные соединения (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые углеводы), определяющие важнейшие процессы жизнедеятельности организма. ◁ Биополимерный, ая, ое. * * * биополимеры высокомолекулярные… … Энциклопедический словарь
биополимеры — (см. био. + полимеры) природные высокомолекулярные соединения, являющиеся структурной основой всех живых организмов и играющие определяющую роль в процессах жизнедеятельности; к биополимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и… … Словарь иностранных слов русского языка
биополимеры — biopolimerai statusas T sritis chemija apibrėžtis Biologiškai svarbūs gamtiniai stambiamolekuliai junginiai (baltymai, polisacharidai, nukleorūgštys). atitikmenys: angl. biopolymers rus. биополимеры … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
биополимеры — (био + полимеры) высокомолекулярные соединения биологического происхождения, молекулы которых представляют собой цепочки, образованные из большого числа повторяющихся групп атомов; к Б. относят белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды … Большой медицинский словарь
Лекция по химии «Биополимеры»
Введение
Сначала я хочу остановиться на характеристике белков – одного из важнейших в жизнедеятельности человека биополимера.
Белки и их виды
Строение белковых молекул
Практически все белки построены из 20 альфа-аминокислот, принадлежащих за исключением глицина, к L–ряду. Аминокислоты соединены между собой пептидными связями, образованными карбоксильной и альфа-аминогруппами соседних аминокислотных остатков.
Белковая молекула может состоять из одной или нескольких цепей, содержащих от 50 до нескольких сотен (иногда – более тысячи) аминокислотных остатков. Молекулы, содержащие более 50 остатков, часто относят к пептидам. В состав множества молекул входят остатки цистина, дисульфидные связи которых ковалентно связывают участки одной или нескольких цепей. Характерная для данного белка конформация определяется последовательностью аминокислотных остатков и стабилизируются водородными связями между пептидными и боковыми группами аминокислотных остатков, а также гидрофобными и электростатическими взаимодействиями. Большое влияние на конформацию оказывают взаимодействие белков с компонентами среды (вода, липиды и другие), в которой они функционируют.
Предсказанные теоретически правые пи-спирали, а также левые альфа-, 310 и пи- спирали в белках не обнаружены.
Под третичной структурой белка понимают расположение его полипептидной цепи в пространстве. Существующее влияние на формирование третичной структуры оказывают размер форма и полярность аминокислотных остатков. В молекулах глобулярных белкам большая часть гидрофобных остатков скрыта внутри глобулы, а полярные группировки располагаются на ее поверхности в гидратированном состоянии. Однако ситуация не всегда настолько проста. Связывание белка с другими молекулами, например фермента с его субстратом или коферментом почти всегда осуществляется с помощью небольшого гидрофобного участка на поверхности глобулы. Область контакта мембранных белков с липидами формируется преимущественно гидрофобными остатками. Третичная структура многих белков составляется из нескольких компактных глобул, называемых доменами. Между собой домены обычно бывают связаны (тонкими перемычками) – вытянутыми полипептидными цепями. Пептидные связи, расположенные в этих цепях, расщепляются в первую очередь при обработке белков протеолитическими ферментами, тогда как отдельные домены могут быть устойчивы к протеолизу.
Свойства белков
Несмотря на большое разнообразие структур, гликолипиды обладают некоторыми общими свойствами. Гликолипиды являются поверхностно-активными веществами (ПАВ). Благодаря присутствию длинных алипавтических цепочек, они могут растворятся в некоторых органических растворителях (например, в бутаноле, смеси хлороформа и метанола), а наличие углеводной части придает им растворимость в воде, возрастающую с увеличением длины углеводородной цепи. Выбор способов выделения гликолипидов из ткани и разделение их на классы зависит от полярности исследуемых гликолипидов.
Биополимеры что это, описание, прогнозы, применение
Биологические полимеры – полимеры нового поколения
На сегодняшний день биополимеры занимают незначительную долю рынка по производству и потреблению. Основной объем за синтетическими пластиками. По прогнозу ученых к 2020 году доля биоразлагаемых полимеров составит5%.
Однако многие ученые говорят, что будущее именно за биоматериалами, и с ними трудно спорить. Проблема экологии, ограниченности внутренних ресурсов Земли и утилизации именно пластиковых отходов стоит очень остро, поэтому наряду с разработкой новых способов утилизации и переработки пластика активно ведутся разработки новых видов быстро и безопасно разлагаемых полимеров. Именно к ним и относятся биополимеры.
Главной особенностью биологических пластиков и их отличием от синтетических полимеров является наличие в структуре закодированной информации – «памяти». Эти полимеры информативны, они имеют особое химическое строение. К таким материалам относятся белки, ДНК, РНК, углеводы, жиры, пептиды, полисахариды, нуклеиновая кислота.
Существует два больших классов биополимеров:
В качестве основы в биокомпозитах может выступать любое разлагаемое вещество – природный источник, армирующим наполнителем служит натуральное растительное волокно. Использование таких материалов может стать толчком для роста текстильной промышленности, сельского хозяйства, химической отрасли и нефтехимии.
Биокомпозиты делятся на три основные группы:
Наиболее изучаемые сегодня материалы первой группы. В качестве волокон используются семена хлопка, кокоса, стебли льна, джута, листья сизали, а также отходы текстильной промышленности.
Основными отраслями применения биокомпозитов являются: автомобилестроение (дверные панели, крыши, багажники, спинки сидений, приборные панели и т.д.), строительная промышленность (сайдинг, декинг, дверные коробки ит.д.), спортивный инвентарь, потребительские товары.
Прирост применения биокомпозитов в автомобилестроении каждый год составляет 20%. Спрос является следствием высоких прочностных и физико-механических характеристик, низкой стоимости и возобновляемости сырьевой базы.
Изделия имеют меньшую массу, так как волокна обладают меньшей плотностью. Немалую роль играет и экологичность получаемых товаров.Больше всего деталей из биокомпозитов можно увидеть в автомобилях марок БМВ, Ауди, Мерседес, Вольцваген.
На сегодняшний день рынок производства биокомпозитов неуклонно растет и на 2017 год составлял 531 млн долларов, объем потребления по прогнозам европейских компаний вырастет до 100 тысяч тонн. Легковые автомобили доминируют в потреблении и занимают 90% рынка.
Активно используются биокомпозиты из-за возможности снижения общего веса автомобиля, а значит, и меньшего потребления топлива. Так, Форд планирует к 2020 году сократить вес своих автомобилей на 340 кг в среднем, благодаря использованию биокомпозитов в конструкциях.
Отметим, что наиболее востребованное натуральное волокно для армирования биополимеров – льняное. Россия занимает 3 место по производству льна, что дает ей перспективы для роста и развития данного направления.
Биоэластомеры – это класс каучуков и резин. Самым распространенным материалом является тиленпропилендиеновый каучук (EPDM), который уже выпускается серийно. Широкое применение материал получил в производстве деталей для специальной техники (моющей и чистящей), в которой используются щелочи, горячая вода, пар, стиральные порошки и т.д.
Промышленность выпускает штоковые и поршневые уплотнители, кольца, детали стиральных машин, уплотнители для тормозной системы автомобилей.Эластичность материала сохраняется даже при минусовых температурах. В состав каучука входит сажа.
Среди сверхинновационных разработок применения биоэластомеров – 3Д-печать нейронов на спецпринтере. Материал графен является основой для создания прочных структур, которые по форме и свойствам напоминают нейроны, а связующим и укрепляющим звеном является биоэластомер. В будущем этими жидкими чернилами можно будет напечатать целую часть нервной системы или мозга человека.
Основным направлением изучения и использования биоэластомеров является именно медицина и биология. Ученые трудятся над созданием материалов, которые бы имитировали кожу, мягкие ткани, сосуды и т.д.
Рост данного вида материалов выше, чем у биокомпозитов –23,5% в год. В основном интерес проявляют европейские и азиатские компании(Франция, Япония, Таиланд и др.).
Очевидными плюсами является экологичность и безопасное, быстрое и полное разложение биополимеров. Также материалы позволяют сохранить энергию и генетическую информацию, что важно для разных отраслей промышленности.
Полиактиды (сахарные полимеры) обладают высокой приживаемостью, поэтому хорошо генерируют в организме человека, не вызывая отторженияи побочных эффектов. В связи с чем и были выбраны в качестве основы для хирургических имплантатов.
С экологической точки зрения биоразлагаемые полимеры не имеют аналогов. Они способствуют уменьшению углекислого газа в атмосфере, имеют стабильную структуру, легко компостируются.
Биологические соединения позволят в будущем уменьшить зависимость от невозобновляемых ископаемых видов топлива и пластика. Их прочность и долговечность также ведет к снижению использования синтетических веществ.
Интересно, что биологические технологии данного вида впервые были открыты еще в середине двадцатого века. Еще Генри Форд начал производство биополимерных автомобильных секций на своем заводе. Выпуску машин с биополимерными деталями помешала Вторая Мировая Война. Сегодня данная технология возрождается, и биопластические машины могут вернуться.
Недостатки биополимеров относятся только к их стоимости, которая еще высока (от 5 евро за килограмм). Также невозможно крупнотоннажное производство, но данная проблема со временем решится.
Основные производители биополимеров и продукции из них
Американская компания Telles вывела марку материала на основе крахмала – Mirel – это биополиэтилен, который имеет двойную цену по сравнению с синтетическим аналогом.
Компания DuPont также работает в данном направлении и выбрала для себя полимеры на основе полимолочной кислоты.
Тем временем на полное освоение мира биополимеров у человечества осталось не так много времени. По расчетам сырой нефти, из которой производится сегодня большинство синтетических пластиков, в запасах осталось не так много, и хватит ее примерно до 2050 года.
Прогнозы рынка биопластиков
Стабильный рост прогнозируется на всех мировых рынках, однако в общем пластиковом рынке процент биоматериалов составит лишь 1%. Потребители все больше доверяют чистым изделиям, однако тормозит ход развития дорогое производство, поэтому темпы снижены.
Когда производство биополимеров будет приближено по цене к производству обычных пластиков, то можно будет говорить о крупных масштабах потребления и изготовления данных материалов.
Огромное количество разнообразных соединений различной химической природы сумел синтезировать человек в лабораторных условиях. Однако все равно самыми важными и значимыми для жизни всех живых систем были, есть и останутся именно естественные, природные вещества. То есть те молекулы, которые участвуют в тысячах биохимических реакций внутри организмов и отвечают за их нормальное функционирование.
Подавляющее большинство из них относится к группе, имеющей название «биологические полимеры».
Общее понятие о биополимерах
Биополимеры клетки
Их достаточно много. Так, основными биополимерами являются следующие:
Помимо них, сюда же можно отнести и многие смешанные полимеры, формирующиеся из комбинаций уже перечисленных. Например, липопротеины, липополисахариды, гликопротеины и другие.
Общие свойства
Можно выделить несколько особенностей, которые присущи всем рассматриваемым молекулам. Например, следующие общие свойства биополимеров:
Но в целом у всех биополимеров все же больше отличий в строении и функциях, нежели сходств.
Белки
В состав молекулы белка может входить очень много аминокислотных остатков, как одинаковых, так и разных (несколько десятков тысяч и более). Всего разновидностей аминокислот, встречающихся в составе данных соединений, насчитывается 20. Однако их разнообразное сочетание позволяет белкам процветать в количественном и видовом отношении.
Биополимеры белков имеют разные пространственные конформации. Так, каждый представитель может существовать в виде первичной, вторичной, третичной или четвертичной структуры.
Вторичная конформация отличается более сложным строением, так как общая макроцепь белка начинает спирализоваться, формируя витки. Две рядом расположенные макроструктуры удерживаются друг возле друга за счет ковалентных и водородных взаимодействий между группировками их атомов. Различают альфа и бета-спирали вторичной структуры белков.
Третичная структура представляет собой свернутую в клубок одну макромолекулу (полипептидную цепь) белка. Очень сложная сеть взаимодействий внутри данной глобулы позволяет ей быть достаточно стабильной и держать принятую форму.
Функции белковых молекул
Если рассматривать белки более углубленно, то можно выделить еще некоторые второстепенные функции. Однако перечисленные являются основными.
Нуклеиновые кислоты
По своей химической природе ДНК и РНК представляют собой последовательности нуклеотидов, соединенных водородными связями и фосфатными мостиками. В состав ДНК входят такие нуклеотиды, как:
Благодаря особой структурной организации молекулы ДНК способны выполнять ряд жизненно значимых функций. РНК также играет в клетке большую роль.
Функции таких кислот
Полисахариды
Значение различных представителей
Очень важны такие биологические полимеры, как крахмал, целлюлоза, инулин, гликоген, хитин и другие. Именно они и являются важными источниками энергии в живых организмах.
Смешанные биополимеры в составе живых существ
Каждый из этих биополимеров имеет множество разновидностей, выполняющих в живых существах ряд важных функций: транспортную, сигнальную, рецепторную, регуляторную, ферментативную, строительную и многие другие. Структура их химически очень сложна и далеко не для всех представителей расшифрована, поэтому и функции до конца не определены. На сегодня известны только самые распространенные, однако значительная часть остается за границами человеческих познаний.
Биополимеры
Понятие биополимеров
Название этих природных полимеров происходит от греческих слов bios, что значит «жизнь» и polymeres, что переводится как «состоящий из многих частей». Биоплимерами называют природные высокомолекулярные вещества или соединения (ВМС), которые встречаются в живых организмах и являются не только их составной частью, но и во многом их основой. Биополимеры отвечают за бесперебойную жизнедеятельность живого существа и выполняют различные биофункции.
К таким природным полимерам принято относить белки или протеины, нуклеиновые кислоты и полисахариды. Кроме того, существуют так называемые смешанные биополимеры, включающие «смесь» звеньев биополимера с низкомолекулярными включениями, такие как липопротеины, гликопротеины, липополисахариды и другие.
Разновидности биополимеров
Белки или протеины – самый известный тип биополимеров как животного, так и растительного происхождения. Эти вещества особенно важны в животном мире, где они работают в качестве структурообразующей субстанции. Белки, по сути, выступают в роли стройматериала для организма. Кроме этого, существуют специальные белковые молекулы – биокатализаторы или ферменты, которые являются катализаторами биохимических реакций в клетках, и энзимы, которые обеспечивают селективность биокатализа.
Из биополимера-белка во многом состоят мышцы, волосы, кожа, кровеносные клетки. Самый широко известный белок инсулин отвечает за усвоение сахара и получение организмом энергии и т.д. Белок – сложное пространственное вещество, имеющее несколько уровней геометрической организации макромолекулы.
Рис.1. «Свернутая в клубок» молекула белка
Широко известна одна из нуклеиновых кислот – ДНК. Ее двойная спираль – яркий пример макромолекулы биополимера вторичной структуры. Такая форма включает две антипаралельных полинуклеотидных полимерных цепей, состоящих из мономерных звеньев, которые в свою очередь включают углеводы (рибозу и дезоксирибозу), фосфорную кислоту, пуриновые и пиримидиновые основания. Именно вид углевода, входящего в состав кислоты определяет отличие ДНК от РНК.
Природные полисахариды являются полимерами моносахаридов, которые соединены гликозидными связями. Как правило, эти вещества представляют собой громоздкие макромолекулы с большим количеством разветвлений. К биополимерам-полисахаридам относят большое количество органических веществ, например крахмал, целлюлоза и т.д. Обычно полисахариды не образуют сложных пространственных структур, т.к. они не обладают постоянной формулой и их молекулярно-массовое распределение очень широко.
Свойства и применение биополимеров
Молекулярная масса биополимеров, в частности белков отличается у одних веществ от других очень существенно. Например, инсулин имеет молекулярную массу около 12 000 единиц, тогда как некоторые недавно раскрытые молекулы протеинов обладают ММ свыше 100 000.
По своим химическим, физико-механическим и эксплуатационным свойствам биополимеры отличаются друг от друга в крайне широких пределах. К сожалению, большинство из них практически неприменимо в тех областях, в которых мы привыкли использовать пластики.
Условными биополимерами, практически не встречающимися в природе, но основанными на растительных или животных компонентах можно считать биоразлагаемые полиэфиры на основе гидроксикарбиновых кислот, в частности полилактид (полимолочную кислоту, PLA). Этот полимер может перерабатываться основными методами переработки термопластов. Именно поэтому PLA и его модификации всё шире используется при производстве биополимерной посуды, упаковки, медицинских изделий, а также как сырье для трехмерной печати на 3D-принтерах, в том числе домашнего применения.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий