Что не является биополимером
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.
Тестовая работа по биологии 9класс
Тест по теме «Молекулярный уровень»
1. Какое из названных химических соединений не является биополимером?
в) дезоксирибонуклеиновая кислота;
2. Изменяемыми частями аминокислоты являются:
а) аминогруппа и карбоксильная группа;
в) карбоксильная группа;
г) радикал и карбоксильная группа.
3. В процессе биохимических реакций ферменты:
а) ускоряют реакции, а сами при этом не изменяются;
б) ускоряют реакции и изменяются в результате реакции;
в) замедляют реакции, не изменяясь;
г) замедляют реакции, изменяясь.
4. Мономерами ДНК и РНК являются:
а) азотистые основания;
б) дезоксирибоза и рибоза;
в) азотистые основания и фосфатные группы;
5. Вторичная структура белка поддерживается:
а) пептидными связями;
б) водородными связями;
в) дисульфидными связями;
г) связями между радикалами кислот;
г) всеми перечисленными видами связи.
6. К полимерам относятся:
а) крахмал, белок, целлюлоза;
б) белок, гликоген, жир;
в) целлюлоза, сахароза, крахмал;
г) рибоза, белок, жир.
7. Из аминокислотных остатков построены молекулы:
8. К моносахаридам относятся:
б) дезоксирибоза, сахароза;
в) глюкоза, фруктоза;
г) гликоген, мальтоза.
9. Какую функцию выполняет рибосомальная РНК?
а) Формирует рибосомы;
б) снятие и перенос информации с ДНК;
в) перенос аминокислоты на рибосомы;
г) все перечисленные функции.
10. Соединение двух цепей ДНК в спираль осуществляют связи:
11. Белковая оболочка, в которую заключен геном вируса, называется
12. Вирусы размножаются
а) только в клетке хозяина
б) самостоятельно, вне клеток хозяина
в) оба варианта верные
Задача: фрагмент одной из цепей ДНК имеет следующее строение: ААГ-ГЦТ-АЦГ-ТТГ. Постройте на ней и-РНК.
1. Какое из веществ хорошо растворяется в воде?
2. Молекулы белков отличаются друг от друга:
а) последовательностью чередования аминокислот;
б) количеством аминокислот в молекуле;
в) формой третичной структуры;
г) всеми указанными особенностями.
3. В каком случае правильно указан состав нуклеотида ДНК:
а) рибоза, остаток фосфорной кислоты, тимин;
б) фосфорная кислота, урацил, дезоксирибоза;
в) остаток фосфорной кислоты, дезоксирибоза, аденин;
г) фосфорная кислота, рибоза, гуанин.
4. Мономерами нуклеиновых кислот являются:
а) азотистые основания;
б) рибоза или дезоксирибоза;
в) дезоксирибоза и фосфатные группы;
5. Аминокислоты в молекуле белка соединены посредством:
в) водородной связи;
г) связи между радикалами кислот.
6. Какую функцию выполняет транспортная РНК?
а) Перенос аминокислоты на рибосомы;
б) снятие и перенос информации с ДНК;
в) формирует рибосомы;
г) все перечисленные функции.
7. Ферменты – это биокатализаторы, состоящие:
8. К полисахаридам относятся:
б) гликоген, глюкоза;
в) целлюлоза, крахмал;
г) крахмал, сахароза.
9. Углерод как элемент входит в состав:
а) белков и углеводов;
б) углеводов и липидов;
в) углеводов и нуклеиновых кислот;
г) всех органических соединений клетки.
10. Клетка содержит ДНК:
а) в ядре и митохондриях:
б) ядре, цитоплазме и различных органоидах;
в) ядре, митохондриях и цитоплазме;
г) ядре, митохондриях и хлоропластах.
а) неклеточная форма жизни
б) древнейшие эукариоты
в) примитивные бактерии
12. Вирусы состоят из
а) белков и нуклеиновой кислоты
б) целлюлозы и белков
г) ядра и цитоплазмы
Задача: фрагмент и-РНК имеет следующее строение: ГАУ-ГАГ-УАЦ-УУЦ-ААА. Определите антикодоны т-РНК. Также напишите фрагмент молекулы ДНК, на котором была синтезирована эта и-РНК.
Вариант I: 1 – б, 2 – б, 3 – а, 4 – г, 5 – б, 6 – а, 7 – б, 8 – в, 9 – а, 10 – б, 11-г, 12-а.
Решение: по правилу комплементарности определяем фрагмент и-РНК и разбиваем его на триплеты: УУЦ-ЦГА-УГЦ-ААЦ.
Вариант II: 1 – в, 2 – г, 3 – в, 4 – г, 5 – б, 6 – а, 7 – а, 8 – в, 9 – г, 10 – г, 11-а, 12-в.
Решение: разбиваем и-РНК на триплеты ГАУ-ГАГ-УАЦ-УУЦ-ААА. В данном фрагменте содержится 5 триплетов, поэтому в синтезе будет участвовать 5 т-РНК. Их антикодоны определяем по правилу комплементарности: ЦУА-ЦУЦ-АУГ-ААГ-УУУ. Также по правилу комплементарности определяем фрагмент ДНК (по и-РНК. ): ЦТАЦТЦАТГААГТТТ.
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Курс повышения квалификации
Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Номер материала: ДБ-727285
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
В России утвердили новый порядок формирования федерального перечня учебников
Время чтения: 1 минута
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
Путин призвал повышать уровень общей подготовки в колледжах
Время чтения: 1 минута
В Госдуме проверят содержание учебников русского языка как иностранного
Время чтения: 2 минуты
В Москве новогодние каникулы в школах могут начаться с 27 декабря
Время чтения: 1 минута
Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
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
Огромное количество разнообразных соединений различной химической природы сумел синтезировать человек в лабораторных условиях. Однако все равно самыми важными и значимыми для жизни всех живых систем были, есть и останутся именно естественные, природные вещества. То есть те молекулы, которые участвуют в тысячах биохимических реакций внутри организмов и отвечают за их нормальное функционирование.
Подавляющее большинство из них относится к группе, имеющей название «биологические полимеры».
Общее понятие о биополимерах
Биополимеры клетки
Их достаточно много. Так, основными биополимерами являются следующие:
Помимо них, сюда же можно отнести и многие смешанные полимеры, формирующиеся из комбинаций уже перечисленных. Например, липопротеины, липополисахариды, гликопротеины и другие.
Общие свойства
Можно выделить несколько особенностей, которые присущи всем рассматриваемым молекулам. Например, следующие общие свойства биополимеров:
Но в целом у всех биополимеров все же больше отличий в строении и функциях, нежели сходств.
Белки
В состав молекулы белка может входить очень много аминокислотных остатков, как одинаковых, так и разных (несколько десятков тысяч и более). Всего разновидностей аминокислот, встречающихся в составе данных соединений, насчитывается 20. Однако их разнообразное сочетание позволяет белкам процветать в количественном и видовом отношении.
Биополимеры белков имеют разные пространственные конформации. Так, каждый представитель может существовать в виде первичной, вторичной, третичной или четвертичной структуры.
Вторичная конформация отличается более сложным строением, так как общая макроцепь белка начинает спирализоваться, формируя витки. Две рядом расположенные макроструктуры удерживаются друг возле друга за счет ковалентных и водородных взаимодействий между группировками их атомов. Различают альфа и бета-спирали вторичной структуры белков.
Третичная структура представляет собой свернутую в клубок одну макромолекулу (полипептидную цепь) белка. Очень сложная сеть взаимодействий внутри данной глобулы позволяет ей быть достаточно стабильной и держать принятую форму.
Функции белковых молекул
Если рассматривать белки более углубленно, то можно выделить еще некоторые второстепенные функции. Однако перечисленные являются основными.
Нуклеиновые кислоты
По своей химической природе ДНК и РНК представляют собой последовательности нуклеотидов, соединенных водородными связями и фосфатными мостиками. В состав ДНК входят такие нуклеотиды, как:
Благодаря особой структурной организации молекулы ДНК способны выполнять ряд жизненно значимых функций. РНК также играет в клетке большую роль.
Функции таких кислот
Полисахариды
Значение различных представителей
Очень важны такие биологические полимеры, как крахмал, целлюлоза, инулин, гликоген, хитин и другие. Именно они и являются важными источниками энергии в живых организмах.
Смешанные биополимеры в составе живых существ
Каждый из этих биополимеров имеет множество разновидностей, выполняющих в живых существах ряд важных функций: транспортную, сигнальную, рецепторную, регуляторную, ферментативную, строительную и многие другие. Структура их химически очень сложна и далеко не для всех представителей расшифрована, поэтому и функции до конца не определены. На сегодня известны только самые распространенные, однако значительная часть остается за границами человеческих познаний.
Биополимеры находят различное применение, например, в пищевой промышленности, производстве, упаковке и биомедицинской инженерии.
СОДЕРЖАНИЕ
Биополимеры против синтетических полимеров
Условные обозначения и номенклатура
Полипептиды
Нуклеиновые кислоты
Сахар
Структурная характеристика
Общие биополимеры
Коллаген : Коллаген является первичной структурой позвоночных и является наиболее распространенным белком у млекопитающих. Из-за этого коллаген является одним из наиболее легко доступных биополимеров и используется во многих исследовательских целях. Благодаря своей механической структуре коллаген имеет высокую прочность на разрыв и является нетоксичным, легко абсорбируемым, биоразлагаемым и биосовместимым материалом. Следовательно, он использовался во многих медицинских целях, таких как лечение инфекций тканей, системы доставки лекарств и генная терапия.
Применение биополимеров
Применение биополимеров можно разделить на две основные области, которые различаются из-за их биомедицинского и промышленного использования.
Биомедицинские
В частности, полипептиды, такие как коллаген и шелк, представляют собой биосовместимые материалы, которые используются в новаторских исследованиях, поскольку это недорогие и легко доступные материалы. Полимер желатина часто используется для перевязки ран, где он действует как клей. Каркасы и пленки с желатином позволяют каркасам удерживать лекарства и другие питательные вещества, которые можно использовать для доставки в рану для заживления.
Поскольку коллаген является одним из наиболее популярных биополимеров, используемых в биомедицине, вот несколько примеров его использования:
Системы доставки лекарств на основе коллагена : пленки коллагена действуют как барьерная мембрана и используются для лечения тканевых инфекций, таких как инфицированная ткань роговицы или рак печени. Все коллагеновые пленки используются в качестве носителей для доставки генов, которые могут способствовать формированию костей.
Коллагеновые губки: коллагеновые губки используются в качестве повязки для лечения ожогов и других серьезных ран. Имплантаты на основе коллагена используются для выращивания клеток кожи или носителей лекарств, которые используются для ожоговых ран и замены кожи.
Коллаген в качестве кровоостанавливающего средства : когда коллаген взаимодействует с тромбоцитами, он вызывает быстрое свертывание крови. Эта быстрая коагуляция создает временный каркас, поэтому фиброзная строма может регенерироваться клетками-хозяевами. Гемостат на основе коллагена снижает кровопотерю в тканях и помогает контролировать кровотечение в клеточных органах, таких как печень и селезенка.
Хитозан как средство доставки лекарственного средства. Хитозан используется в основном для нацеливания на лекарство, поскольку он может улучшить абсорбцию и стабильность лекарственного средства. кроме того, хитозан, конъюгированный с противораковыми агентами, также может оказывать лучшее противоопухолевое действие, вызывая постепенное высвобождение свободного лекарства в раковые ткани.
Хитозановый композит для тканевой инженерии: сочетание хитозана и альгината используется вместе для формирования функциональных повязок на рану. Эти повязки создают влажную среду, которая способствует процессу заживления. Эта повязка для ран также очень биосовместима, биоразлагаема и имеет пористую структуру, которая позволяет клеткам прорастать в повязку.
Промышленные
Как материалы
Сахарная свекла > Гликоновая кислота> Полигликоновая кислота
Из биополимеров можно изготавливать многие виды упаковки: лотки для пищевых продуктов, гранулы из крахмала для транспортировки хрупких товаров, тонкие пленки для упаковки.