Часть 4.Высокомолекулярные соединения.
4.1.Природные высокомолекулярные соединения.
Обширную и исключительно важную группу природных высокомолекулярных соединений (биополимеров) составляют белки. Белковые макромолекулы построены из остатков аминокислот, соединенных друг с другом пептидными (амидными) связями —СО—NH—. В цепь белковой молекулы входят аминокислотные остатки, содержащие карбоксильные группы, аминогруппы и другие основные и кислотные группы:
где R, R’, R", R'" и т.д.— боковые группы аминокислотных остатков. Их диссоциация в воде придает макромолекуле тот или иной суммарный заряд. Величина и знак заряда зависят от рН раствора. В кислой среде усиливаются основные свойства белков, а в щелочной — кислотные. рН, которому соответствует равенство положительных и отрицательных зарядов в молекуле, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ). В ИЭТ белки минимально растворимы и имеют минимальную степень набухания. При значениях рН, отличающихся от ИЭТ, белковые молекулы могут перемещаться в электрическом поле. Электрофоретическая подвижность белков имеет величину порядка 10-9 м 2*В -1*с-1.
Другую группу важнейших биологических высокомолекулярных соединений составляют нуклеиновые кислоты, в состав которых входят остатки фосфорной кислоты, пентоз и пуриновых или пиримидиновых оснований. Более подробно строение и химические свойства нуклеиновых кислот рассматриваются в курсе биологической химии.
Природные макромолекулы, построенные из остатков моносахаридов (глюкозы, маннозы, галактозы), составляют третью группу — полисахариды. Они различаются не только по составляющим их остаткам моносахаридов, но и порядком их чередования в макромолекуле. К полисахаридам относятся неионогенные природные высокомолекулярные соединения (целлюлоза – [C6H7O2(OH)]3n и амилоза) и вещества, обладающие кислотными свойствами (альгиновые кислоты (а), гепарин (б)). Полисахаридом является хитин (в) — аминополисахарид, выделяемый из панцирей ракообразных.
а
б
(1→4)
(1→4)
(1→4)
β(1→4)
в
В чистом виде целлюлоза используется для прокладок, перевязочных материалов. Эфиры целлюлозы ,например, эфир азотной кислоты, растворяются в диэтиловом эфире, спирте и используются как медицинский клей. Целлюлозу применяют для получения целлофана. Лакированный целлофан используют как обёрточный материал, а нелакированный целлофан обладает большой проницаемостью для паров воды и низкомолекулярных соединений. Нелакированный целлофан используется для проведения гемодиализа (искусственная почка).
Гепарин синтезируется в организме животных и используется как антикоагулянтный препарат (средство, препятствующее свёртыванию крови).
Альгиновые кислоты выделяются из водорослей (в частности агара). Альгиновые кислоты представляют интерес для синтеза специальных перевязочных материалов, так как они способны связывать кальций.
Хитин и хитозан являются биополимерами, которые обратили на себя внимание учёных более 200 лет назад. Хитозан - одна из модификаций хитина, его диацетилированное производное. Хитозан представляет собой высокомолекулярный полимер глюкозамина, растворимый в разбавленных органических и неорганических кислотах (кроме серной). Уникальные свойства хитозана определяют широкое его использование в различных отраслях науки и промышленности. Огромное значение имеет использование хитозана и его продуктов в медицине, в частности при воспалительных заболеваниях желудочно-кишечного тракта, при острой почечной недостаточности, лечении острых панкреатитов. Хитозан является водорастворимым биосовместителем и биодеградируемым полимером. Эти свойства хитозана и его производных позволяют его использовать для биокапсулирования, что позволяет создать полимерные покрытия с иммобилизованными в них различными терапевтическими агентами, организовать доставку лекарств с пролонгированным высвобождением из полимерной матрицы, получение пераральных и назальных вакцин пролонгированного действия и т.д.
Продуктами природного происхождения являются высокомолекулярные углеводороды — каучук и гуттаперча, различающиеся пространственным расположением метильных групп:
