Что такое биополимеры приведите примеры

Биополимеры

Биополимеры – это категория органических веществ, которые в природе встречаются в натуральном, естественном виде и входят в состав клеток живых организмов.

Например биополимеры входят в состав:

Роль и значение биополимеров для химической отрасли

Стоит отметить, что биополимеры, как правило, применяются в технологиях изготовления различных пластиковых предметов. Но, несмотря на это, их доля в мировом рынке литья пластмасс составляет менее 1%.

Однако биополимеры, которые изготавливаются из легко синтезируемых веществ и быстро возобновляемых сырьевых материалов, обладают огромным рыночным потенциалом.

По предварительным прогнозам на 2020 г производство биополимеров сможет превысить отметку в 1.5 млн. тонн за год.

И для этого есть несколько причин:

Биополимеры способны значительно повлиять на снижение основных нужд промышленности в полезных ископаемых и понизить количество вредоносных выбросов диоксидов углерода в атмосферу нашей планеты.

Однако для некоторых отходов биополимеров необходимы специальные технологии по утилизации, например, для полиэтиленовых пакетов и пленок. Ведь существующие на данный период времени методики далеки от совершенства и требуют серьезной доработки.

Потому в случае, если наука сможет улучшить технику утилизации полимеров или создаст новые, легко разрушаемые виды, загрязнение окружающей среды значительно снизится, и общая жизнь населения планеты качественно улучшится.

В связи с этим можно уверенно заявить, что потребность в замене сырьевых материалов для изготовления полимерной продукции – отнюдь не миф и биополимеры – это оптимальный и наиболее выигрышный вариант для мировой химической индустрии и науки как таковой.

Примеры биополимеров в рамках выставочного проекта

Международная экспозиция «Химия» – это крупное и авторитетное событие в области химической науки, а также в производстве ряда химических веществ с применением таких материалов, как биополимеры.

Экспозиция известна тем, что проводится на территории крупнейшего Центрального выставочного комплекса «Экспоцентр» и предоставляет своим гостям, посетителям и экспонентам уникальный шанс обзавестись новыми деловыми и взаимовыгодными связями, которые смогут поспособствовать выходу бизнеса и самой отрасли на новый промышленный и экономический уровень.

Также в рамках проведения экспозиции осуществляется масса параллельных мероприятий, направленных на развитие уже имеющихся партнерских отношений. Главная задача данного выставочного проекта – содействие научному прогрессу и развитие промышленного химического производства.

Источник

Что такое полимер: структура, основные характеристики и примеры полимеров

Полимер в биологии

Структура биологического полимера

Полимер представляет собой биологические вещества, которые отличаются сложной химической структурой.

Исследованием полимером активно занимался Г. Штаудингер. В ходе многочисленных опытов он доказал, что в составе полимеров есть повторяющиеся молекулярные звенья, которые соединены друг с другом при помощи ковалентных связей.

Отличительная особенность таких связей — в наличии общей электронной пары у двух атомов.

Также ученым было доказано, что для пластмассы характерна структура полимера — это открытие принесло Штаудингеру Нобелевскую премию.

Органические соединения в составе живых организмов характеризуются высокой степенью разнообразия. Природных органических соединений насчитывается несколько тысяч, и многие из них отличаются сложной структурой.

Выделяют 2 группы органических веществ:

Если говорить о молекулярной массе полимеров, то она варьируется от нескольких тысяч до нескольких миллионов. В основе всех полимеров лежит большое количество повторяющихся мономеров.

Есть несколько вариантов полимеров: органические, неорганические, элементарно органические. В свою очередь в группе органических выделяют природные, искусственные и синтетические.

Природные полимеры — продукт естественной среды обитания. В производстве таких полимеров человек участие не принимает.

Примеры биологических полимеров

Самые известные биологические полимеры — крахмал, хлопок, каучук и др.

Чтобы получить какие-либо искусственные полимеры, человек проводит определенные химические опыты.

Для получения модифицированного полимера с последующим его использованием в производстве красок, в раствор стирола в толуоле или ксилоле добавляется льняное или касторовое масла, которые затем нагреваются.

Результат реализации реакций химического синтеза — синтетические полимеры. В синтезе принимают участие разнообразные высокомолекулярные органические продукты.

Лавсан (химический полимер) получается в результате поликонденсирования терефталевой кислоты и этиленгликоля.

Основные характеристики полимеров

Молекула полимера может содержать разное количество мономеров — и это количество сильно варьируется. К примеру, в пептиде глутатиона всего три аминокислоты, хотя его роль в таких процессах как окисление и восстановления огромная. Для сравнения, в молекуле ДНК насчитывается больше трех миллионов нуклеотидов. Эта молекула способна образовывать наследственную информацию не только в отношении эукариотических клеток, но и бактерий.

Большая часть биологических полимеров — теплоизоляторы: они препятствуют процессу передачи тепла. Они достаточно эластичны и легко выдерживают агрессивную химическую среду. А еще биологические полимеры — диэлектрики. То есть, они практически не могут проводить электрический ток и не пропускают его через себя.

Основные характеристики биологических полимеров — гомо- и гетерополимерность. Это значит, что в составе полимера могут быть как одинаковые, так и разные мономеры.

В основе большинства полимеров лежит несколько мономеров: они относятся к одному классу веществ и соединены одинаковой связью. Яркий пример — гиалуроновая кислота.

Полимеры бывают регулярными и нерегулярными. Такое разделение связано с порядком расположения мономеров в полимере.

В состав регулярных полимеров входят повторяющиеся единицы и несколько мономеров. Та же гиалуроновая кислота включает два типа чередующихся остатков: глюкуроновую кислоту и N-ацетилглюкозамин.

Обычно в живых организмах присутствуют гетерополимеры, в которых мономеры не образуют повторяющиеся единицы. Отмечается уникальный характер последовательности мономеров внутри, который обусловлен высокой степенью разнообразия таких полимеров.

Характеристика биологических полимеров учитывает степень разветвленности.

Неразветвленные полимеры — линейные полимеры, образующиеся в результате формирования мономерами, входящими в их состав, двух связей с мономерами по соседству.

Пример таких полимеров — белки, нуклеиновые кислоты, разнообразные полисахариды.

Разветвленные полимеры — гликоген и крахмал. Разветвление отмечается у небольшой группы мономеров. По этой причине у разветвленных полимеров есть различия по частоте ветвления. Различается и длина таких ветвлений. Есть полимеры, основная цепь которых состоит из одного мономера, а боковые цепи — из другого.

В зависимости от состава низкомолекулярных веществ, входящих в состав молекулы полимера, выделяют несколько основных классов полимеров:

Особенности строения полимеров

Разобраться в строении биополимеров помогает молекула белков. Благодаря своему внушительному размеру, ее стали называть макромолекулой. Аминокислотный состав белковых молекул обеспечивает разнообразие: в них входит до 20 аминокислот. Аминокислоты внутри белков включают аминогруппы, отвечающие за основные свойства (NH2). У карбоксильной группы отмечаются кислотные свойства (COOH). В составе аминокислот есть радикал.

В составе аминокислот первые две части идентичные. Нужную степень уникальности им придает радикал.

При взаимодействии аминокислот одна с другой образуется пептидная связь. Она возникает, когда аминогруппы и карбоксильная группа сближаются. В процессе происходит выделение воды. Формирование пептидной связи происходит между С и N.

Подводя итоги и принимая во внимание особенности строения молекулы белка как биополимера, можно утверждать, что:

Источник

Биополимеры

Биополиме́ры — 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 белков — аминокислоты, нуклеиновых кислот — нуклеотиды, в полисахаридах — моносахариды.

Выделяют два типа биополимеров — регулярные (некоторые полисахариды) и нерегулярные (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые полисахариды).

Содержание

Белки

Белки имеют несколько уровней организации — первичная, вторичная, третичная, и иногда четвертичная. Первичная структура определяется последовательностью мономеров, вторичная задаётся внутри- и межмолекулярными взаимодействиями между мономерами, обычно при помощи водородных связей. Третичная структура зависит от взаимодействия вторичных структур, четвертичная, как правило, образуется при объединении нескольких молекул с третичной структурой.

Вторичная структура белков образуется при взаимодействии аминокислот с помощью водородных связей и гидрофобных взаимодействий. Основными типами вторичной структуры являются

Для предсказания вторичной структуры используются компьютерные программы.

Третичная структура или «фолд» образуется при взаимодействии вторичных структур и стабилируется нековалентными, ионными, водородными связями и гидрофобными взаимодействиями. Белки, выполняющие сходные функции обычно имеют сходную третичную структуру. Примером фолда является β-баррел (бочка), когда β-листы располагаются по окружности. Третичная структура белков определяется с помощью рентгеноструктурного анализа.

Важный класс полимерных белков составляют Фибриллярные белки, самый известный из которых коллаген.

В животном мире в качестве опорного, структурообразующего полимера обычно выступают белки. Эти полимеры построены из 20 α-аминокислот. Остатки аминокислот связаны в макромолекулы белка пептидными связями, возникающими в результате реакции карбоксильных и аминогрупп.

Значение белков в живой природе трудно переоценить. Это строительный материал живых организмов, биокатализаторы — ферменты, обеспечивающие протекание реакций в клетках, и энзимы, стимулирующие определённые биохимические реакции, то есть обеспечивающие избирательность биокатализа. Наши мышцы, волосы, кожа состоят из волокнистых белков. Белок крови, входящий в состав гемоглобина, способствует усвоению кислорода воздуха, другой белок — инсулин — ответственен за расщепление сахара в организме и, следовательно, за его обеспечение энергией. Молекулярная масса белков колеблется в широких пределах. Так, инсулин — первый из белков, строение которого удалось установить Ф. Сэнгеру в 1953 г., содержит около 60 аминокислотных звеньев, а его молекулярная масса составляет лишь 12 000. К настоящему времени идентифицировано несколько тысяч молекул белков, молекулярная масса некоторых из них достигает 10 6 и более.

Нуклеиновые кислоты

В соответствии с природой углевода, входящего в их состав, нуклеиновые кислоты называются рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислотами. Общеупотребительными сокращениями являются РНК и ДНК. Нуклеиновые кислоты играют наиболее ответственную роль в процессах жизнедеятельности. С их помощью решаются две важнейшие задачи: хранения и передачи наследственной информации и матричный синтез макромолекул ДНК, РНК и белка.

Полисахариды

Полисахариды, синтезируемые живыми организмами, состоят из большого количества моносахаридов, соединённых гликозидными связями. Зачастую полисахариды нерастворимы в воде. Обычно это очень большие, разветвлённые молекулы. Примерами полисахаридов, которые синтезируют живые организмы, являются запасные вещества крахмал и гликоген, а также структурные полисахариды — целлюлоза и хитин. Так как биологические полисахариды состоят из молекул разной длины, понятия вторичной и третичной структуры к полисахаридам не применяются.

Полисахариды образуются из низкомолекулярных соединений, называемых сахарами или углеводами. Циклические молекулы моносахаридов могут связываться между собой с образованием так называемых гликозидных связей путём конденсации гидроксильных групп.

Наиболее распространены полисахариды, повторяющиеся звенья которых являются остатками α-D-глюкопиранозы или её производных. Наиболее известна и широко применяема целлюлоза. В этом полисахариде кислородный мостик связывает 1-й и 4-й атомы углерода в соседних звеньях, такая связь называется α-1,4-гликозидной.

Химический состав, аналогичный целлюлозе, имеют крахмал, состоящий из амилозы и амилопектина, гликоген и декстран. Отличие первых от целлюлозы состоит в разветвлённости макромолекул, причём амилопектин и гликоген могут быть отнесены к сверхразветвлённым природным полимерам, то есть дендримерам нерегулярного строения. Точкой ветвления обычно является шестой атом углерода α-D-глюкопиранозного кольца, который связан гликозидной связью с боковой цепью. Отличие декстрана от целлюлозы состоит в природе гликозидных связей — наряду с α-1,4-, декстран содержит также α-1,3- и α-1,6-гликозидные связи, причем последние являются доминирующими.

Целлюлоза содержится в коре и древесине деревьев, стеблях растений: хлопок содержит более 90 % целлюлозы, деревья хвойных пород — свыше 60 %, лиственных — около 40 %. Прочность волокон целлюлозы обусловлена тем, что они образованы монокристаллами, в которых макромолекулы упакованы параллельно одна другой. Целлюлоза составляет структурную основу представителей не только растительного мира, но и некоторых бактерий.

В животном мире в качестве опорных, структурообразующих полимеров полисахариды «используются» лишь насекомыми и членистоногими. Наиболее часто для этих целей применяется хитин, который служит для построения так называемого внешнего скелета у крабов, раков, креветок. Из хитина деацетилированием получается хитозан, который, в отличие от нерастворимого хитина, растворим в водных растворах муравьиной, уксусной и соляной кислот. В связи с этим, а также благодаря комплексу ценных свойств, сочетающихся с биосовместимостью, хитозан имеет большие перспективы широкого практического применения в ближайшем будущем.

Крахмал относится к числу полисахаридов, выполняющих роль резервного пищевого вещества в растениях. Клубни, плоды, семена содержат до 70 % крахмала. Запасаемым полисахаридом животных является гликоген, который содержится преимущественно в печени и мышцах.

Из пентоз значение имеют полимеры арабинозы и ксилозы, которые образуют полисахариды, называемые арабинами и ксиланами. Они, наряду с целлюлозой, определяют типичные свойства древесины.

Источник

Биологические полимеры — компонент всего живого

Какие вещества являются ими?

Состоят они изаминокислот, формирующих всевозможные вещества. Ихсостав предопределен вгенетическом коде, над изучением которого уже давно активно работают ученые совсего мира.

Взависимости отпоследовательности мономеров, выделяют регулярные инерегулярные вещества. Крегулярным относятся тебиополимеры, вчьих молекулах периодически повторяется определенная группа мономеров (аминокислот). Посути, мономеры это своеобразные строительные единицы организма, которые позволяют достичь столь высокого разнообразия существующих биополимеров. Именно засчет такого многообразия исуществует огромное количество различных живых существ.

Какие вещества ими являются? Один изшироко распространенных регулярных биологических полимеров— полисахарид. Это разветвленные молекулы, связанные между собой при помощи гликозидных соединений. Речь идет отаких элементах, как гликоген, хитин, целлюлоза, крахмал идругие.

Кслову, последние два вещества имеют абсолютно одинаковый химический состав, отличающийся лишь структурой. Интересен тот факт, что такое, казалосьбы, небольшое отличие играет важную роль. Например, целлюлоза нерастворяется вводе инеусваивается организмом человека. Авот крахмал, наоборот, нетолько водорастворим, ноилегко усваивается.

Стебли множества растений, атакже скелет животных всвоем составе содержат различные полисахариды.

Белки ‒ нерегулярные биополимеры

Самый распространенный вид нерегулярных биополимеров— белки. Они содержатся вовсех живых существах иявляются своеобразным строительным материалом. Именно благодаря имвозможно осуществление массы важных химических реакций, протекающих втеле.

Белки принимают активное участие вусвоении кислорода, атакже вразложении сахаров. Более того, они обеспечивают поступление питательных веществ вклетки, являются источником энергии иподдерживают работу иммунной системы.

Также, существует отдельный вид— сократительные белки, которые позволяют осуществлять двигательную функцию. Речь идет оразнообразных движениях, начиная собразования псевдоподий идвижения ресничек упростейших, закачивая сокращением мышц умногоклеточных организмов идвижением листьев растений.

Помимо этого, все существующие ферменты, ускоряющие химические процессы ворганизме, имеют белковую природу. Таким образом, они выполняют катализаторную функцию. Антитела, которые защищают отчужеродных соединений имикроорганизмов иподдерживают иммунную систему, также относятся кбелкам.

Ученые ведут активные исследования белковых полимеров. Полученные результаты позволяют синтезировать новые лекарства помассе направлений. Существующие методы синтеза дают возможность дополнять белки различными аминокислотами, получая соединения, несуществующие вприроде. Помимо этого, таким образом, добавляются различные маркеры, облегчающие проведение опытов иэкспериментов.

Один изнаиболее важных результатов работы ссинтезом биополимеров— это разработка метода добычи инсулина, атакже получение информации оструктуре таких веществ, как гемоглобин имиоглобин.

Ворганизме человека обнаружено пять миллионов различных типов белковых молекул, которые непросто рознятся между собой, ноиотличаются отподобных соединений удругих живых существ. Достигается такое разнообразие засчет всего лишь двадцати базовых аминокислот, которые соединяются вовсевозможных комбинациях. Всего вприроде насчитывается свыше 300 видов таких мономеров.

Многообразие белковых соединений необходимо было как-то классифицировать. Поэтому, ученые разделили ихнанесколько типов. Выделяют следующие разновидности белков, отличающихсяпо форме:

Также есть следующее разделение посоставу:

Кпротеидам также относятся инуклеиновые кислоты, которые посвоей сути относятся кполинуклеотидам.

Что такое нуклеиновые кислоты?

Основу данных веществ составляют мономерные единицы— нуклеотиды, которые включают всебя азот, углевод иостатки фосфорной кислоты. Исследования данного вида соединений человечество начало еще столетие назад.

Впервые подобное соединение удалось синтезировать измышц быка. Современем ученым удалось получить «чистые» соединения, всоставе которых небыло белка вовсе. Наданный момент классическим вариантом синтеза нуклеиновых кислот является обработка анионным детергентом разрушенных стенок клеток.

Нуклеиновая кислота— это одно изосновных веществ клеток, наряду суглеводами ибелками. Вчастности, они содержатся непосредственно вядре клетки. Найти ихможно уабсолютно всех живых организмов. Собственно, этим иобусловлено название, произошедшее отлатинского слова nucleus (ядро).

Посути, нуклеиновые кислоты— это химические элементы, служащие основой для всех организмов. Основная функция данных веществ— хранение ипередача информации. Именно они определяют рост, развитие инаследственные признаки живых существ.

Классическими примерами нуклеиновых кислот являются РНК иДНК, которые несут всебе генетическую информацию организма.

РНК— рибонуклеиновая кислота— побольшей части является одноцепочечными молекулами. Выделяют три вида РНК, различающихся посвоей структуре, местоположению ифункционалу:

Данные нуклеиновых кислот легко разрушаются под влиянием таких веществ, как щелочь, например. Авот ДНК, напротив, обладает устойчивостью кподобному воздействию.

Что такое ДНК?

ДНК— дезоксирибонуклеиновая кислота— это стойкая кразрушению структура, перманентно хранящая все необходимые данные отом или ином живом организме. Вчастности, вней содержится информация опоследовательности аминокислот, которые синтезирует клетка. Это химическое соединение было открыто еще в1869 году идосих пор полностью неизучено.

Еемолекулы представляют изсебядвуцепочечные полимеры сбольшой массой. Внешне они представляют собой закрученную вдвойную спираль последовательность элементов. Всостав ДНК входят четыре основных вещества:

Таким образом, существует два вида перекладин молекулы, составленные изтой или иной пары веществ. Особая форма молекулы обусловлена еедлиной. Для того чтобы компактно разместить ДНК, две молекулы закручиваются друг вокруг друга. Таким образом получается сократить размер цепочки в Этот процесс называется спирализацией.

Сами молекулы способны ксамопроизведению. Процесс образования новой ДНК посути является своеобразным раздвоением спирали надве ветви, вовремя которого происходит разрушение ферментами существующих связей между базовыми парами. Каждая полученная ветвь является частью новой ДНК, апоследовательность соединения базовых пар аналогична последовательности изначальной спирали.

Ученые активно работают над расшифровкой генетического кода, содержащегося вданном виде кислот. Результаты работы помогут понять принцип строения живых организмов, втом числе ичеловека. Более того, полученная информация может лечь воснову разработок технологии искусственного синтеза клеток стеми или иными предопределенными характеристиками.

Некоторые ученые придерживаются мнения, что путем внедрения всуществующий код ДНК определенной новой информации, можно изменить характеристики организма. Предполагается, что таким образом станет возможной нетолько борьба срядом заболеваний, ноиполное ихискоренение путем внедрения генетической устойчивости.

Источник

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

Источник