Полимеризация белков

Что такое полимеры-белки и где они применяются?

Полимеризация белков

Полимеры – это особенные вещества, которые ученые по праву называют вершиной эволюции неживой природы, так как именно они положили начало жизни на планете Земля.

Эти вещества отличаются большим разнообразием по своим физическим свойствам, структуре, химическому составу, а также способностью к изменчивости.

К полимерам относятся не только такие всем известные материалы, как пластмасса, но и полимеры белков, которые являются строительным материалом для тела человека, различные полисахариды (например – целлюлоза), ДНК, в которых запрограммирован код наследственности живых существ.

Именно благодаря появлению на планете полимеров белков неживая материя получила выполнять такие функции как самовоспроизведение, передача наследственной информации, размножение и реплицирование. Их способность к изменчивости дает возможность природе вносить поправки в ДНК, осуществляя естественный отбор.

Что собой представляют полимеры?

Это большая молекула, состоящая из более мелких молекул, связанных друг с другом прочными ковалентными связями. Полимеры могут быть одномерными (линейная молекула, состоящая из звеньев), двумерными или трехмерными.

В неорганической химии структуру многих силикатных минералов можно считать одно-, двух- или трехмерными полимерами. Например, циалиды – своеобразное молекулярное «сито», сквозь которое фильтруется вода, прежде чем попадает в квартиры жилых домов. Циалид – трехмерный материал, который выглядит как ажурная сетка из люмоселикатных единиц.

Различают два вида синтетических полимеров: термопластичные и термореактивные. Термопластичные (полиэтилен, полистирол) способны выдерживать повторную обработку высокими температурами, так как нагрев не меняет их структуры. Термореактивные при нагреве теряют свою первоначальную структуру, которая уже не поддается восстановлению. 

Относится к широко распространенным полимерам и пластмасса, которая представляет собой сплав различных отвердителей, пластификаторов, стабилизирующих веществ. Сфера применения пластмасс огромна – они незаменимы в авиатехнике, стоматологии, космической отрасли и быту.

Полимеры – органические вещества

В органической химии полимеры в подавляющем большинстве случаев являются одномерными. Эти органические цепи могут быть развернутыми или свернутыми в клубок. Например, фибриллярные белки, такие как коллаген, из которого состоят сухожилия человека и треть его белковой массы. Коллаген обладает большой прочностью и состоит из одномерных цепочек.

Смотрите видео о том, что такое полимеры.

Органические полимеры – белки могут быть глобулярными (одномерная цепь, свернутая в клубок – «глобулу»). В организме одна из важных биологических функций полимеров белков – ферментативная. Глобулярные белки являются катализатором – внутри каждого такого «клубка» возникают особые центры с повышенной активностью, где возникают химические реакции, которые ускоряет белковая матрица.

Белковые цепи могут быть соединены крепкими водородными связями, из которых создаются прочные трехмерные конструкции, такие как кератин, шелк или целлюлоза.

Целлюлоза входит в состав коры деревьев, кустов и является наиболее распространенным твердым полимером в мире. Похож на целлюлозу крахмал, который растворяется в воде и усваивается человеческим организмом.

Нужно знать, что целлюлоза и крахмал – это одно и то же химическое вещество по формуле, но различное по структуре.

У ряда органических молекул живых существ масса, размеры и количество функциональных групп незначительны. Существуют макромолекулы, которые формируют ткани или хранят генетическую информацию.

В ряде случаев эти молекулы являются полимерами. Например, сложные углеводы – это полимеры элементарных сахаров.

Белки являются полимерами аминокислот, а хранящие генетический код молекулы – РНК и ДНК – это полимеры нуклеотидов. 

В основе состава волос, перьев и шерсти – вещество кератин, который также считается полимером. Наружные скелеты членистоногих – самых распространенных представителей животного царства, состоят из полимера хитина.

Читайте о функциях цитоплазмы у бактерий.
А также о том, что такое универсальный полимер или акрил.

Расшифровка структуры полимеров белков

Сейчас особое значение придается расшифровке структуры белков. У белков есть несколько уровней структур:

  • первичная – прямая цепь мономерных блоков;
  • вторичная – куски структуры белка, упакованные в стандартные единицы (спирали, глобулы, листа);
  • третичная – сочетание нескольких стандартных единиц в пространстве;
  • четвертичная – когда несколько белковых молекул переплетаются вместе

С помощью стартовой модели – первичной структуры белка можно рассчитать ее минимальную энергию. Исследователи смотрят, во что она сворачивается в пространстве, чтобы обеспечить наибольшую устойчивость и таким образом определяют количество минимальной энергии.

Обычная белковая молекула очень сложна – она состоит из ста аминокислот и имеет огромное количество степеней свободы. Если когда-нибудь человечество научится точно и быстро предсказывать структуру белка по аминокислотной последовательности, то это позволит далеко продвинуться в решении многих медицинских и биологических задач.

Ведь именно нарушения в структуре белка часто приводят к различным болезням. Такие заболевания называют молекулярными и в настоящее время их открыто несколько тысяч. К молекулярным относятся: болезнь Альцгеймера, алиментарная дистрофия, серповидноклеточная анемия и многие другие.

Расшифровав структуру белка, мы сможем понять, какое лекарство может вылечить от этих болезней. Экспериментально вычислить структуру белка – очень сложная задача, требующая много времени. Если было бы возможно предварить ее теоретически, это позволило бы ускорить прогресс в биологии и медицине.

Самой первой была расшифрована структура белка, молекула которого содержит всего две полипептидные цепочки (соответственно на 21 и 30 аминокислотных остатков). Этим простым белком являлся бычий инсулин.

Сейчас ученые умеют расшифровывать структуру только маленьких белков на 30-40 аминокислотных остатков и со временем планируют расширить ее до 100-200. На данный момент это основная задача биологии в мире.

Источник: https://rutvet.ru/chto-takoe-polimery-belki-i-gde-oni-primenyayutsya-10901.html

Что такое полимеры?

Полимеризация белков

Давайте разберемся в термине, который можно слышать часто. Однако далеко не все понимают, о чем действительно идет речь.

Pixabay

Полимеры — что это такое?

Полимеры — это материалы, состоящие из длинных повторяющихся цепочек молекул. Они обладают уникальными свойствами в зависимости от типа соединяемых молекул и от того, как они соединены. Некоторые из них гнутся и тянутся, например резина и полиэстер. Другие твердые и жесткие, как эпоксиды и органическое стекло.

Термин «полимер» обычно используется для описания пластиков, которые являются синтетическими полимерами.

Как бы то ни было, естественные полимеры также существуют: к примеру, резина и дерево — это естественные полимеры, состоящие из простого углеводорода, изопрена. Белки — тоже естественные полимеры, они состоят из аминокислот.

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) — полимеры нуклеотидов — сложных молекул, состоящих из азотсодержащей основы, сахара и фосфорной кислоты.

Кто до этого додумался?

Отцом полимеров считается преподаватель органической химии из Швейцарской высшей технической школы Цюриха Герман Штаудингер.

Герман Штаудингер. Источник: Wikimedia

Его исследования 1920-х гг. проложили путь для последующей работы, как с естественными, так и с синтетическими полимерами. Он ввел два термина, являющихся ключевыми для понимания полимеров: полимеризация и макромолекула. В 1953 г. Штаудингер получил заслуженную Нобелевскую премию «за его открытия в поле макромолекулярной химии».

Полимеризация — метод создания синтетических полимеров путем комбинирования более маленьких молекул, мономеров, в цепочку, скрепляемую ковалентными связями.

Различные химические реакции, например те, что вызваны теплом и давлением, изменяют химические связи, которые скрепляют мономеры. Процесс заставляет молекулы связываться в линейной, разветвленной или пространственной структуре, превращая их в полимеры.

Эти цепочки мономеров также называют макромолекулами. Одна макромолекула может состоять из сотен тысяч мономеров.

Виды полимеров

Вид полимера зависит от его структуры. Из вышенаписанного мы понимаем, что таких видов должно быть три.

Линейные полимеры. Это соединения, в которых мономеры химически инертны по отношению друг к другу и связаны лишь силами Ван-дер-Ваальса (силы межмолекулярного (и межатомного) взаимодействия с энергией 10–20 кДж/моль. — Прим.

ред.). Термин «линейные» вовсе не обозначает прямолинейное расположение молекул относительно друг друга. Наоборот, для них более характерна зубчатая или спиральная конфигурация, что придает таким полимерам механическую прочность.

Разветвленные полимеры. Они образованы цепями с боковыми ответвлениями (число ответвлений и их длина различны). Разветвленные полимеры более прочны, чем линейные.

Линейные и разветвленные полимеры размягчаются при нагревании и вновь затвердевают при охлаждении. Такое их свойство называется термопластичностью, а сами полимеры — термопластичными, или термопластами. Связи между молекулами в таких полимерах могут быть разорваны и соединены по новой.

Это значит, что пластмассовые бутылки можно использовать для производства других полимерсодержащих вещей, от коврика до флисовых курток. Конечно, можно наделать еще бутылок. Все, что понадобится для переработки, — высокая температура.

Термопластичные полимеры можно не только плавить, но и растворять, так как связи Ван-дер-Ваальса легко рвутся под действием реагентов. К термопластам относятся поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол и др.

Если же макромолекулы содержат реакционно-способные мономеры, то при нагревании они соединяются множеством поперечных связей, и полимер приобретает пространственную структуру. Такие полимеры называют термоактивными, или реактопластами.

С одной стороны, реактопласты обладают положительными качествами: они более твердые и теплостойкие. С другой стороны, после разрушения связей между молекулами термоактивных полимеров ее не получится установить второй раз. Переработка в таком случае отпадает, а это очень нехорошо. Самые распространенные полимеры этой группы — полиэстер, винилэстер и эпоксиды.

Источник: Pixabay.com

Использование полимеров

Отметим, что полимеры применяются почти во всех сферах современной человеческой жизни. Пакеты в магазине, пластиковые бутылки, текстильные волокна, телефоны, компьютеры, упаковки для еды, автозапчасти, игрушки — полимеры повсюду. В производстве наиболее часто используются полиэтилен и полипропилен. Их молекулы могут содержать от 10 тыс. до 200 тыс. мономеров.

Будущее полимеров

Исследователи экспериментируют с различными типами полимеров, нацеливаясь на развитие медицины и улучшение продуктов, которые мы уже используем. Например, укрепленные углеволокном полимерные соединения должны сделать автомобили легче (что означает снижение потребления топлива) и безопаснее.

Полимеры также используются для развития голограмм. Ученые из Университета Пенсильвании создали голограмму на гибком полимерном материале, в который были включены золотые наностержни. Новое устройство может поддерживать несколько изображений вместо одного.

«Это важный шаг, ведь теперь можно записывать несколько голографических изображений и менять их, просто растягивая полимер», — говорит ведущий автор исследования, профессор из Университета Пенсильвании Ритеш Агаруол.

Искусственная кожа, сделанная из силикона (который, к слову, тоже полимер), может стать будущим в отрасли борьбы со старением. Кремы на основе полимеров должны помочь в подтягивании кожи, а значит, прощайте, морщины и мешки под глазами. Кроме того, искусственная кожа должна помочь людям с заболеваниями кожи, например с экземой, а также может быть использована для защиты от солнца.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5b6abc75306d4900a9b88022/chto-takoe-polimery-5ee7d9617641122779a4ef86

Основные функции белков в клетке

Полимеризация белков

Благодаря сложности, разнообразию форм и состава, белки играют важную роль в жизнедеятельности клетки и организма в целом.

Белок — это отдельный полипептид или агрегат нескольких полипептидов, выполняющий биологическую функцию.

Полипептид — понятие химическое. Белок — понятие биологическое.

В биологии функции белков можно разделить на следующие виды:

1. Строительная функция

Белки участвуют в образовании клеточных и внеклеточных структур. Например:

  • кератин – из него состоят волосы, ногти, перья, копыта
  • коллаген – главный компонент хрящей и сухожилий;
  • эластин (связки);
  • белки клеточных мембран (в основном – гликопротеиды)

2. Транспортная функция

Некоторые белки способны присоединять различные вещества и переносить их к различным тканям и органам тела, из одного места клетки в другое. Например:

  • липопротеины — отвечает за перенос жира.
  • гемоглобин — транспорт кислорода, белок крови гемоглобин присоединяет кислород и транспортирует его от легких ко всем тканям и органам, а от них в легкие переносит углекислый газ;
  • гаптоглобин — транспорт гема),
  • трансферрин — транспорт железа.

Белки транспортируют в крови катионы кальция, магния, железа, меди и другие ионы.

В состав клеточных мембран входят особые белки, которые обеспечивают активный и строго избирательный перенос некоторых веществ и ионов из клетки во внешнюю среду и обратно. Транспорт веществ через мембраны осуществляют белки – Na+,К+-АТФаза (антинаправленный трансмембранный перенос ионов натрия и калия), Са2+-АТФаза (выкачивание ионов кальция из клетки), глюкозные транспортеры.

3. Регуляторная функция

Большая группа белков организма принимает участие в регуляции процессов обмена веществ. Гормоны белковой природы принимают участие в регуляции процессов обмена веществ. Например:

  • гормон инсулин регулирует уровень глюкозы в крови, способствует синтезу гликогена.

4. Защитная функция

  • В ответ на проникновение в организм чужеродных белков или микроорганизмов (антигенов) образуются особые белки — антитела, способные связывать и обезвреживать их.
  • Фибрин, образующийся из фибриногена, способствует остановке кровотечений.

5. Двигательная функция

  • Сократительные белки актин и миозин обеспечивают сокращение мышц у многоклеточных животных, движений листьев у растений, мерцание ресничек у простейших и т.д.

6. Сигнальная функция

  • В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков (рецепторы), способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды, таким образом осуществляя прием сигналов из внешней среды и передачу команд в клетку.

7. Запасающая функция

  • В организме животных белки, как правило, не запасаются, исключение: альбумин яиц, казеин молока. У животных и человека при длительном голодании используются белки мышц, эпителиальных тканей и печени.
  • Но благодаря белкам в организме могут откладываться про запас некоторые вещества, например, при распаде гемоглобина железо не выводится из организма, а сохраняется, образуя комплекс с белком ферритином.

8. Энергетическая функция

  • При распаде 1г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж. Сначала белки распадаются до аминокислот, а затем до конечных продуктов — воды, углекислого газа и аммиака.

    Однако в качестве источника энергии белки используются только тогда, когда другие источники (углеводы и жиры) израсходованы (по словам одного из биохимиков: использовать белки для получения энергии – все равно, что топить печь долларовыми купюрами).

9. Каталитическая (ферментативная) функция

  • Одна из важнейших функций белков. Обеспечивается белками — ферментами, которые ускоряют биохимические реакции, происходящие в клетках.

Ферменты, или энзимы, — особый класс белков, являющихся биологическими катализаторами. Благодаря ферментам биохимические реакции протекают с огромной скоростью.

Вещество, на которое оказывает свое действие фермент, называют субстратом.

Ферменты можно разделить на две группы:

  1. Простые ферменты являются простыми белками, т.е. состоят только из аминокислот.
  2. Сложные ферменты являются сложными белками, т.е. в их состав помимо белковой части входит группа небелковой природы — кофактор. У некоторых ферментов в качестве кофакторов выступают витамины.

10. Функция антифириза

  • В плазме крови некоторых живых организмов содержатся белки которые предупреждают ее замерзание в условиях низких температур.

11. Питательная (резервная) функция

  • Эту функцию выполняют так называемые резервные белки, являющиеся источниками питания для плода, например белки яйца (овальбумины). Основной белок молока (казеин) также выполняет главным образом питательную функцию.

    Ряд других белков используется в организме в качестве источника аминокислот, которые в свою очередь являются предшественниками биологически активных веществ, регулирующих процессы метаболизма.

Решай задания и варианты по биологии с ответами

Источник: https://bingoschool.ru/blog/41/

Вылечим любую болезнь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: