Что такое регулярные биополимеры

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

Биополимер

Биополиме́ры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Биополимеры состоят из одинаковых (или разных) звеньев — мономеров. Мономеры белков — аминокислоты, нуклеиновых кислот — нуклеотиды, в полисахаридах — моносахариды.

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 обьединении нескольких молекул с третичной структурой.

Читайте также: Что такое дрр в рекламе

Белки

Для предсказания вторичной структуры используются компьютерные программы.

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

Значение белков в живой природе трудно переоценить. Это строительный материал живых организмов, биокатализаторы – ферменты, обеспечивающие протекание реакций в клетках, и энзимы, стимулирующие определенные биохимические реакции, т.е. 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

Полисахариды

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

Наиболее распространены полисахариды, повторяющиеся звенья которых являются остатками α-D-глюкопиранозы или ее 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 разветвленности макромолекул, причем амилопектин и гликоген могут быть отнесены к сверхразветвленным природным полимерам, т.е. 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.

Химический состав, отличный от целлюлозы, имеют хитин и хитозан, но они близки к ней по структуре. Отличие заключается в том, что при втором атоме углерода α-D-глюкопиранозных звеньев, связанных α-1,4-гликозидными связями, OH-группа заменена группами –NHCH₃COO в хитине и группой –NH₂ в хитозане.

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.

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.

Прочность стволов и стеблей растений, помимо скелета из целлюлозных волокон, определяется соединительной растительной тканью. Значительную ее часть в деревьях составляет лигнин – до 30%. Его строение точно не установлено. Известно, что это относительно низкомолекулярный (M ≈ 104) сверхразветвленный полимер, образованный в основном из остатков фенолов, замещенных в орто-положении группами –OCH₃, в пара-положении группами –CH=CH–CH₂OH. В настоящее время накоплено громадное количество лигнинов как отходов целлюлозно-гидролизной промышленности, но проблема их утилизации не решена. К опорным элементам растительной ткани относятся пектиновые вещества и, в частности пектин, находящийся в основном в стенках клеток. Его содержание в кожуре яблок и белой части кожуры цитрусовых доходит до 30%. Пектин относится к гетерополисахаридам, т.е. сополимерам. Его макромолекулы в основном построены из остатков D-галактуроновой кислоты и ее метилового эфира, связанных α-1,4-гликозидными связями.

Читайте также: Что такое божья роса

Источник

Биология. 10 класс

Конспект урока

Урок 2. «Неорганические соединения клетки. Углеводы и липиды. Регулярные и нерегулярные биополимеры»

3. Перечень вопросов, рассматриваемых в теме;

Урок позволит выявить особенности химического состава организмов, роль неорганических (воды, солей) и органических (углеводов, липидов) веществ в жизни клетки и организма.

Обучающиеся узнают, какие химические элементы входят в состав живых организмов, рассмотрят самое важное минеральное вещество на Земле, структуру молекулы воды и её биологическую роль, выяснят физические и химические свойства воды, благодаря которым возможно существование жизни на Земле.

Также обучающиеся увидят особенности строения органических веществ, узнают, на какие классы делятся углеводы и липиды, их значение для жизнедеятельности клетки и организма в целом.

4. Глоссарий по теме (перечень терминов и понятий, введенных на данном уроке);

Биологически значимые элементы, органогены, неорганические вещества, вода, водородная связь, гидрофильные вещества, гидрофобные вещества; органические вещества, регулярные и нерегулярные биополимеры; углеводы, липиды

Биологически значимые элементы – химические элементы, необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности.

Органогены — химические элементы, входящие в состав всех органических соединений, составляют около 98% массы клетки (углерод, водород, кислород, азот).

Неорганические вещества (неорганические соединения) клетки — простые вещества и соединения, не являющиеся органическими, не имеют характерного для органических веществ углеродного скелета.

Органические вещества – это сложные соединения, основой строения которых являются атомы углерода, составляют отличительный признак живого. Органические соединения многообразны, но четыре группы из них имеют всеобщее биологическое значение: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды.

Водородная связь – вид взаимодействия между молекулами вещества. Молекулы воды удерживаются за счет водородных связей, которые возникли между частично положительным атомом водорода одной молекулы и частично отрицательным атомом кислорода другой молекулы. Водородные связи заметно слабее по сравнению с ковалентными. Однако они намного крепче, чем стандартное молекулярное притяжение частиц, свойственное твёрдым и жидким телам.

Гидрофильные вещества – хорошо растворимые в воде вещества, молекулы которых полярны и легко соединяются с молекулами воды. К ним относятся ионные соединения (содержат заряженные частицы): соли, кислоты, основания и полярные соединения (в молекулах присутствуют заряженные группы): сахара, простые спирты, аминокислоты.

Гидрофобные вещества– нерастворимые в воде вещества, энергия притяжения молекул которых к молекулам воды меньше энергии водородных связей молекул воды. К числу гидрофобных веществ относятся жиры, полисахариды, нуклеиновые кислоты, большинство белков.

Буферность – способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне.

Полимер (от греч. «поли» — много) — многозвеньевая цепь, в которой звеном является какое-либо относительно простое вещество — мономер.

Регулярные полимеры – полимеры, в молекуле которых группа мономеров периодически повторяется (полисахариды).

Нерегулярные полимеры – полимеры, в которых нет определенной закономерности в последовательности мономеров (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые полисахариды).

Углеводы – органические соединения, состоящие из атомов углерода, кислорода и водорода. В большинстве углеводов водород и кислород находятся, как правило, в тех же соотношениях, что и в воде (отсюда их название — углеводы).

Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, молекулы которых представляют собой длинные линейные или разветвлённые цепочки моносахаридных остатков, соединённых гликозидной связью. При гидролизе образуют моносахариды или олигосахариды.

Липиды — обширная группа органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов

5. Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц);

6. Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

1.Российский общеобразовательный Портал www.school.edu.ru

2 Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов www.school-collection.edu.ru

3.Каталог образовательных ресурсов по биологии http://www.mec.tgl.ru/index.php?module=subjects&func=viewpage&pageid=133

7. Теоретический материал для самостоятельного изучения;

В состав живой клетки входят те же химические элементы, которые входят в состав неживой природы. Из 104 элементов периодической системы Д. И. Менделеева в клетках обнаружено 60.

Их делят на три группы:

Молекулярный состав клетки сложный и разнородный. Отдельные соединения — вода и минеральные соли — встречаются также в неживой природе; другие — органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др.— характерны только для живых организмов.

Вода составляет около 80 % массы клетки; в молодых быстрорастущих клетках — до 95 %, в старых — 60 %.

Роль воды в клетке велика.

Она является основной средой и растворителем, участвует в большинстве химических реакций, перемещении веществ, терморегуляции, образовании клеточных структур, определяет объем и упругость клетки. Большинство веществ поступает в организм и выводится из него в водном растворе. Биологическая роль воды определяется специфичностью строения: полярностью ее молекул и способностью образовывать водородные связи, за счет которых возникают комплексы из нескольких молекул воды. Если энергия притяжения между молекулами воды меньше, чем между молекулами воды и вещества, оно растворяется в воде. Такие вещества называют гидрофильными (от греч. «гидро» — вода, «филее» — люблю). Это многие минеральные соли, белки, углеводы и др. Если энергия притяжения между молекулами воды больше, чем энергия притяжения между молекулами воды и вещества, такие вещества нерастворимы (или слаборастворимы), их называют гидрофобными (от греч. «фобос» — страх) — жиры, липиды и др.

Органические вещества в комплексе образуют около 20—30% состава клетки.

Углеводы — органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Их делят на простые — моносахариды (от греч. «монос» — один) и сложные — полисахариды (от греч. «поли» — много).

Моносахариды (их общая формула С_nН_2nО_n) — бесцветные вещества с приятным сладким вкусом, хорошо растворимы в воде. Они различаются по количеству атомов углерода. Из моносахаридов наиболее распространены гексозы (с 6 атомами С): глюкоза, фруктоза (содержащиеся в фруктах, меде, крови) и галактоза (содержащаяся в молоке). Из пентоз (с 5 атомами С) наиболее распространены рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеиновых кислот и АТФ.

Полисахариды относятся к полимерам — соединениям, у которых многократно повторяется один и тот же мономер. Мономерами полисахаридов являются моносахариды. Полисахариды растворимы в воде, многие обладают сладким вкусом. Из них наиболее просты дисахариды, состоящие из двух моносахаридов. Например, сахароза состоит из глюкозы и фруктозы; молочный сахар — из глюкозы и галактозы. С увеличением числа мономеров растворимость полисахаридов падает. Из высокомолекулярных полисахаридов наиболее распространены у животных гликоген, у растений — крахмал и клетчатка (целлюлоза). Последняя состоит из 150—200 молекул глюкозы.

Углеводы — основной источник энергии для всех форм клеточной активности (движение, биосинтез, секреция и т. д.). Расщепляясь до простейших продуктов СO₂ и Н₂O, 1 г углевода освобождает 17,6 кДж энергии. Углеводы выполняют строительную функцию у растений (их оболочки состоят из целлюлозы) и роль запасных веществ (у растений — крахмал, у животных — гликоген).

Липиды — это нерастворимые в воде жироподобные вещества и жиры, состоящие из глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке. При комнатной температуре это твердые вещества. У растений жиры находятся в семенах, плодах и других органах. При комнатной температуре это жидкости. С жирами по химической структуре сходны жироподобные вещества. Их много в желтке яиц, клетках мозга и других тканях.

Роль липидов определяется их структурной функцией. Из них состоят клеточные мембраны, которые вследствие своей гидрофобности препятствуют смешению содержимого клетки с окружающей средой. Липиды выполняют энергетическую функцию. Расщепляясь до СO₂ и Н₂O, 1 г жира выделяет 38,9 кДж энергии. Они плохо проводят тепло, накапливаясь в подкожной клетчатке (и других органах и тканях), выполняют защитную функцию и роль запасных веществ.

8. примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий).

Найдите и выделите цветом по вертикали и горизонтали названия химических элементов:

Тип вариантов ответов: Текстовые,Графические, Комбинированные.

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

Подсказка:при необходимости обратитесь к дополнительным материалам

Заполните пропуски в тексте, выбрав вариант ответа из выпадающего списка.

Выпадающий список 1.

Выпадающий список 2.

Тип вариантов ответов: Текстовые, Графические, Комбинированные.

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):выделены жирным шрифтом

Выпадающий список 1.

Выпадающий список 2.

Подсказка:В большинстве клеток организма рН составляет 7,0 – 7,4.

Источник

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

Источник