Высокомолекулярные соединения

Студент должен знать:

• особенности растворов высокомолекулярных соединений (ВМС), их сходство и различия с растворами низкомолекулярных веществ (НМС);

• особенности вязкости растворов ВМС, способы её измерения, вычисление молекулярных масс полимеров по данным о вязкости растворов;

• явление осмоса в растворах ВМС и в природе;

• характер диссоциации белков;

• что такое изоэлектрическая точка белка;

• механизмы процессов застудневания и способы получения студней;

• свойства студней;

• физический смысл процессов синерезиса и коацервации.

Студент должен уметь:

• вычислять молекулярные массы полимеров по данным об осмотическом давлении растворов ВМС:

• вычислять молекулярные массы полимеров по данным о вязкости растворов ВМС;

• определять изоэлектрическую точку белка.

Введение

Высокомолекулярные соединения (ВМС) – это химические соединения, молекулы которых имеют высокие молекулярные массы (от нескольких тысяч до многих миллионов). Поэтому такие молекулы называют макромолекулами. Молекулярная масса ВМС составляет 10⁴ – 10⁶ (сравним с молекулярной массой воды, которая равна 18).

Макромолекулы имеют цепное строение; состоят из одинаковых или различных структурных единиц – составных звеньев, представляющих собой атомы или группы атомов, соединённые друг с другом ковалентными связями в линейные последовательности. Последовательность соединённых друг с другом атомов, образующих собственно цепь, называют хребтом цепи, а заместители у этих атомов – боковыми группами. Макромолекулы могут иметь линейное или разветвлённое строение. В разветвлённых макромолекулах различают основную и боковые цепи.

ВМС могут быть синтетическими и природными. К синтетическим ВМС относятся, например, полиэтилен, полиамид, полистирол, фторопласты, феноло-формальдегидные смолы и другие. Большинство синтетических ВМС не растворимы в воде и являются твёрдыми веществами.

Природные полимеры принято называть биополимерами. Биополимеры это природные высокомолекулярные соединения, из которых построены клетки живых организмов, и межклеточное вещество, связывающее их между собой. К биополимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и так называемые смешанные биополимеры. Биополимеры обеспечивают нормальную жизнедеятельность организмов, выполняя различные биологические функции.

Белки могут выполнять в живых организмах самые различные функции: быть катализаторами биохимических реакций (ферменты) и регулировать (гормоны) биохимические реакции; входить в состав соединительной ткани (коллаген) или мышц (актин, миозин); служить резервными питательными веществами (гранулы белка в цитоплазме) и др.

Функции дезоксирибонуклеиновой кислоты – передача генетической информации из поколения в поколение при клеточном делении. Этот биополимер служит исходной матрицей при передаче информации внутри клетки. В этом процессе участвует и рибонуклеиновая кислота, процесс приводит к синтезу специфических белков клетки.

Полисахариды могут служить резервными питательными веществами (например, крахмал, гликоген), выполнять структурные функции (например, целлюлоза, полисахариды соединительной ткани), обеспечивать специфические свойства поверхности клеток (например, антигенные полисахариды микроорганизмов) или защиту организма в целом (например, камеди и слизи растений).

Наиболее распространённым классом биополимеров являются смешанные биополимеры. К этому классу биополимеров относятся соединения, построенные из мономерных звеньев, относящихся к органическим веществам различных типов. Например, гликопротеиды содержат остатки углеводов и аминокислот; липопротеиды – остатки аминокислот, жирных кислот с длинной цепью и полиолов или аминоспиртов; липополисахариды – остатки моносахаридов и липидов и т.д.

Для смешанных биополимеров характерна локализация на поверхности клетки. Они выполняют специфические биологические функции, связанные с процессами межклеточного взаимодействия. Так, способность бактериофагов поражать одни виды бактерий и не взаимодействовать с другими видами определяется специфическим строением поверхностного антитела бактерий, являющегося липосахаридом. От структуры поверхностных антигенов зависит и патогенность тех или иных бактерий. Подобные же взаимодействия с участием смешанных биополимеров происходят, по-видимому, и при других биологических процессах, в которых клетки «узнают» друг друга, например при оплодотворении, соединении клеток в ткани и клеточной дифференцировке.