Makromolekulė yra didelės molekulinės masės molekulė. Jo struktūra pateikiama pakartotinai pasikartojančių nuorodų pavidalu. Apsvarstykite tokių junginių ypatybes, jų reikšmę gyvų būtybių gyvenimui.
Kūrinio ypatybės
Biologinės makromolekulės susidaro iš šimtų tūkstančių mažų pradinių medžiagų. Gyviems organizmams būdingi trys pagrindiniai makromolekulių tipai: b altymai, polisacharidai, nukleorūgštys.
Pradiniai jų monomerai yra monosacharidai, nukleotidai, aminorūgštys. Makromolekulė sudaro beveik 90 procentų ląstelės masės. Atsižvelgiant į aminorūgščių liekanų seką, susidaro specifinė b altymo molekulė.
Didelės molekulinės masės yra medžiagos, kurių molinė masė didesnė nei 103 Da.
Termino istorija
Kada atsirado makromolekulė? Šią koncepciją 1922 m. pristatė Nobelio chemijos premijos laureatas Hermannas Staudingeris.
Polimerinis rutulys gali būti matomas kaip susivėlusis siūlas, susidaręs atsitiktinai išsivyniojusvisoje ritės patalpoje. Ši ritė sistemingai keičia savo konformaciją; tai yra erdvinė makromolekulės konfigūracija. Ji panaši į Brauno judėjimo trajektoriją.
Tokia ritė susidaro dėl to, kad tam tikru atstumu polimero grandinė „praranda“informaciją apie kryptį. Apie ritę galima kalbėti tuo atveju, kai didelės molekulinės masės junginiai yra daug ilgesni nei struktūrinio fragmento ilgis.
Globulinė konfigūracija
Makromolekulė yra tanki konformacija, kurioje galima palyginti polimero tūrio dalį su vienetu. Rutulinė būsena realizuojama tais atvejais, kai, veikiant atskiriems polimero vienetams tarpusavyje ir išorinei aplinkai, atsiranda abipusė trauka.
Makromolekulės struktūros kopija yra ta vandens dalis, kuri yra įterpta kaip tokios struktūros elementas. Tai artimiausia makromolekulės hidratacijos aplinka.
B altymų molekulės apibūdinimas
B altymų makromolekulės yra hidrofilinės medžiagos. Kai sausas b altymas ištirpsta vandenyje, jis iš pradžių išsipučia, tada stebimas laipsniškas perėjimas į tirpalą. Brinkimo metu vandens molekulės prasiskverbia į b altymą, surišdamos jo struktūrą su polinėmis grupėmis. Tai atpalaiduoja tankią polipeptidinės grandinės sandarumą. Išbrinkusi b altymo molekulė laikoma nugaros tirpalu. Vėliau sugeriant vandens molekules, stebimas b altymų molekulių atsiskyrimas nuo bendros masės irtaip pat vyksta tirpimo procesas.
Tačiau b altymo molekulės patinimas ne visais atvejais sukelia tirpimą. Pavyzdžiui, kolagenas, sugėręs vandens molekules, išlieka patinęs.
Hidrato teorija
Didelės molekulinės masės junginiai pagal šią teoriją ne tik adsorbuoja, bet ir elektrostatiškai suriša vandens molekules su neigiamą krūvį turinčių aminorūgščių šoninių radikalų poliniais fragmentais, taip pat su bazinėmis aminorūgštimis, turinčiomis teigiamą krūvį.
Iš dalies hidratuotas vanduo yra surištas peptidų grupėmis, kurios sudaro vandenilinius ryšius su vandens molekulėmis.
Pavyzdžiui, polipeptidai, turintys nepolinių šoninių grupių, išsipučia. Prisijungdamas prie peptidų grupių, jis išstumia polipeptidines grandines. Tarpgrandinių tiltelių buvimas neleidžia b altymų molekulėms visiškai atsiskirti, virsta tirpalo pavidalu.
Makromolekulių struktūra sunaikinama kaitinant, todėl nutrūksta ir išsiskiria polipeptidinės grandinės.
Želatinos savybės
Želatinos cheminė sudėtis panaši į kolageną, su vandeniu ji sudaro klampų skystį. Viena iš būdingų želatinos savybių yra jos gebėjimas sukietėti.
Šių tipų molekulės naudojamos kaip hemostatinės ir plazmą pakeičiančios medžiagos. Želatinos gebėjimas formuoti želė yra naudojamas gaminant kapsules farmacijos pramonėje.
Tirpumo funkcijamakromolekulės
Šių tipų molekulės skirtingai tirpsta vandenyje. Jį lemia aminorūgščių sudėtis. Jei struktūroje yra polinių aminorūgščių, gebėjimas ištirpti vandenyje žymiai padidėja.
Be to, šiai savybei įtakos turi makromolekulės organizavimo ypatumai. Rutuliniai b altymai turi didesnį tirpumą nei fibrilinės makromolekulės. Daugelio eksperimentų metu buvo nustatyta tirpimo priklausomybė nuo naudojamo tirpiklio savybių.
Kiekvienos b altymo molekulės pirminė struktūra yra skirtinga, o tai suteikia b altymui individualių savybių. Kryžminių ryšių tarp polipeptidinių grandinių buvimas sumažina tirpumą.
Pirminė b altymų molekulių struktūra susidaro dėl peptidinių (amidinių) jungčių, ją sunaikinus, vyksta b altymų denatūracija.
Išsūdymas
B altymų molekulių tirpumui padidinti naudojami neutralių druskų tirpalai. Pavyzdžiui, panašiu būdu galima atlikti selektyvų b altymų nusodinimą, jų frakcionavimą. Gautas molekulių skaičius priklauso nuo pradinės mišinio sudėties.
B altymų, gaunamų išsūdant, ypatumas yra biologinių savybių išsaugojimas visiškai pašalinus druską.
Proceso esmė – anijonais ir katijonais pašalinama hidratuoto b altymo apvalkalo druska, kuri užtikrina makromolekulės stabilumą. Naudojant sulfatus, išsūdomas didžiausias b altymų molekulių skaičius. Šis metodas naudojamas b altymų makromolekulėms valyti ir atskirti, nes jos iš esmės yraskiriasi krūvio dydžiu, hidratacijos apvalkalo parametrais. Kiekvienas b altymas turi savo išsūdymo zoną, tai yra, jam reikia pasirinkti tam tikros koncentracijos druską.
Aminorūgštys
Šiuo metu žinoma apie du šimtus aminorūgščių, kurios yra b altymų molekulių dalis. Priklausomai nuo struktūros, jie skirstomi į dvi grupes:
- proteinogeninės, kurios yra makromolekulių dalis;
- neproteinogeninis, aktyviai nedalyvauja formuojant b altymus.
Mokslininkams pavyko iššifruoti aminorūgščių seką daugelyje gyvūninės ir augalinės kilmės b altymų molekulių. Tarp aminorūgščių, kurios gana dažnai randamos b altymų molekulių sudėtyje, pažymime seriną, gliciną, leuciną, alaniną. Kiekvienas natūralus biopolimeras turi savo aminorūgščių sudėtį. Pavyzdžiui, protaminuose yra apie 85 procentus arginino, tačiau juose nėra rūgščių, ciklinių aminorūgščių. Fibroinas yra natūralaus šilko b altymų molekulė, kurioje yra apie pusę glicino. Kolagene yra tokių retų aminorūgščių kaip hidroksiprolinas, hidroksilizinas, kurių nėra kitose b altymų makromolekulėse.
Aminorūgščių sudėtį lemia ne tik aminorūgščių savybės, bet ir b altymų makromolekulių funkcijos bei paskirtis. Jų seką lemia genetinis kodas.
Biopolimerų struktūrinio organizavimo lygiai
Yra keturi lygiai: pirminis, antrinis, tretinis ir ketvirtinis. Kiekviena struktūrayra išskirtinių savybių.
Pirminė b altymų molekulių struktūra yra linijinė polipeptidinė aminorūgščių liekanų grandinė, susieta peptidiniais ryšiais.
Ši struktūra yra stabiliausia, nes joje yra kovalentinių peptidinių ryšių tarp vienos aminorūgšties karboksilo grupės ir kitos molekulės amino grupės.
Antrinė struktūra apima polipeptidinės grandinės sujungimą vandenilinėmis jungtimis spiralinėje formoje.
Tretinio tipo biopolimeras gaunamas erdviniu polipeptido pakavimu. Jie suskirsto spiralines ir sluoksniuotas tretinių struktūrų formas.
Gamuliniai b altymai yra elipsės formos, o fibrilinės molekulės – pailgos formos.
Jei makromolekulėje yra tik viena polipeptidinė grandinė, b altymas turi tik tretinę struktūrą. Pavyzdžiui, tai yra raumenų audinio b altymas (mioglobinas), reikalingas deguonies surišimui. Kai kurie biopolimerai yra sudaryti iš kelių polipeptidinių grandinių, kurių kiekviena turi tretinę struktūrą. Šiuo atveju makromolekulė turi ketvirtinę struktūrą, susidedančią iš kelių rutuliukų, sujungtų į didelę struktūrą. Hemoglobinas gali būti laikomas vieninteliu ketvirtiniu b altymu, kuriame yra apie 8 procentus histidino. Būtent jis yra aktyvus tarpląstelinis buferis eritrocituose, leidžiantis palaikyti stabilią kraujo pH vertę.
Nukleinorūgštys
Jie yra stambiamolekuliniai junginiai, kuriuos sudaro fragmentainukleotidai. RNR ir DNR yra visose gyvose ląstelėse, jos atlieka paveldimos informacijos saugojimo, perdavimo, taip pat įgyvendinimo funkciją. Nukleotidai veikia kaip monomerai. Kiekviename iš jų yra azoto bazės likučių, angliavandenių, taip pat fosforo rūgšties. Tyrimai parodė, kad skirtingų gyvų organizmų DNR yra laikomasi komplementarumo (komplementarumo) principo. Nukleino rūgštys tirpsta vandenyje, bet netirpsta organiniuose tirpikliuose. Šiuos biopolimerus sunaikina didėjanti temperatūra ir ultravioletinė spinduliuotė.
Vietoj išvados
Be įvairių b altymų ir nukleorūgščių, angliavandeniai yra makromolekulės. Polisacharidai savo sudėtyje turi šimtus monomerų, kurie turi malonų saldų skonį. Hierarchinės makromolekulių struktūros pavyzdžiai yra didžiulės b altymų ir nukleorūgščių molekulės su sudėtingais subvienetais.
Pavyzdžiui, rutulinės b altymo molekulės erdvinė struktūra yra hierarchinės daugiapakopės aminorūgščių organizavimo pasekmė. Tarp atskirų lygių yra glaudus ryšys, aukštesnio lygio elementai yra sujungti su žemesniais sluoksniais.
Visi biopolimerai atlieka svarbią panašią funkciją. Jie yra gyvų ląstelių statybinė medžiaga, yra atsakingi už paveldimos informacijos saugojimą ir perdavimą. Kiekviena gyva būtybė pasižymi specifiniais b altymais, todėl biochemikai susiduria su sunkia ir atsakinga užduotimi, kurią išspręsdami išgelbėja gyvus organizmus nuo tikros mirties.
