Макромолекула. Полимеры. Мономеры. Углеводы.

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 21.12.2024

Макромолекулы - это высокомолекулярные органические соединения, молекулы которых, как правило, состоят из большого количества звеньев-мономеров. Они имеют относительно большую молекулярную массу - от 10000 до 1 млн а.е.м. и на их долю приходится около 25% от общей массы клетки. Они могут постоянно или временно сочетаться с другими макромолекулами или малыми молекулами и образовывать молекулярные ансамбли и сложные биополимеры, поэтому располагаются в цитоплазме в фиксированном состоянии и диффундируют относительно медленно. Сочетание макромолекул и их взаимодействие осуществляются на основе принципа структурной комплементарности, который лежит в основе многих важных комплексов (например, антиген / антитело, фермент / субстрат, спираль ДНК и др.) Образуются макромолекулы благодаря реакциям полимеризации и матричного синтеза из малых молекул, которые сочетаются ковалентными связями: аминокислоты белков - пептидными связями, моносахариды полисахаридов - гликозидными, нуклеотиды нуклеиновых кислот - фосфодиефирнимы, спирты смешиваются с высшими жирными кислотами в составе липидов сложноэфирной свя Обязанности. Распад макромолекул осуществляется за счет разрушения связей между мономерами в случае присоединения молекул воды во время реакций гидролиза. Специфическая взаимодействие и пространственное расположение этих больших молекул зависит от слабых нековалентных взаимодействий, каковы водородные, ионные, вандерваальсови и гидрофобные связи. макромолекулы могут определенным образом "укладываться" в пространстве и приобретать определенной конформации, которая зависит от взаимодействия малых молекул и свойств среды, где находятся эти молекулы. Общим структурным элементом пространственной структуры макромолекул является право- или ливозакручена спираль.

Основными типами макромолекул являются липиды, олиго- и полисахариды, пептиды и белки, нуклеиновые кислоты. Биологическое значение этих макромолекул в составе живых систем определяется такими функциями как:

1) информационная - содержат информацию о признаках организма (например., ДНК);

2) строительная - является структурной основой клеток (например, белки)

3) энергетическая - при их распаде высвобождается энергия (например, жиры)

4) регуляторная - обладают высокой активностью с регуляторной действием (например, белки-ферменты)

5) запасающая - откладываются про запас (например, такие полисахариды как крахмал и гликоген)

6) защитная - предотвращают повреждением клеток и организма (например, полисахарид целлюлоза).

Основные термины. Реакции образования полимеров с мономеров, которые могут сопровождаться выделением молекул воды и затратами энергии, - реакции полимеризации.

Реакции распада полимеров до мономеров, которые сопровождаются связыванием воды и выделением энергии, - реакции гидролиза .

Реакции синтеза новых молекул точном соответствии с планом, заложенного в структуре молекул, которые уже существуют, - реакции матричного синтеза .

Определенное расположение макромолекулы в пространстве вследствие взаимодействий между ее отдельными участками - конформация .

Регулярная пространственная структура многих макромолекул, которая напоминает винтовую лестницу и существует благодаря водородным связям, - спираль .

Пространственная соответствие структур двух молекул, которая обеспечивает стабилизацию их с помощью нековалентных взаимодействий, - структурная комплиментарность .

Углеводы — органические вещества, их химическая структура, разновидности, содержание в клетке и функции

Раздел 2. Учение о клетке. Глава 3. Химическая организация клетки.

Цели: /слайд2/

Освоение знаний об основных биологических теориях, идеях и принципах, являющихся составной частью современной естественнонаучной картины мира; строении, многообразии и особенностях биосистем (клетка); выдающихся биологических открытиях и современных исследованиях в биологической науке.
Овладение умениями: устанавливать связь между развитием биологии и социально – этическими, экологическими проблемами человечества; самостоятельно проводить биологические исследования; пользоваться биологической терминологией и символикой.
Развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе изучения проблем современной биологической науки.
Воспитание убежденности в возможности познания закономерностей живой природы, необходимости бережного отношения к ней.

Задачи: /слайд 2/

Продолжить углубление знаний об особенностях строения органических веществ; сформировать знания о строении и функциях углеводов и умения устанавливать связь между их строением и функциями, охарактеризовать их многообразие. Выяснить причину многообразия жизни на нашей планете.

Оборудование: ТСО-компьютер,презентация к уроку; таблицы, иллюстрирующие строение и функции углеводов; карточки-задания, тестовые задания на каждый стол. На доске терминология – Приложение 4.

Тип урока: комбинированный.

Ход урока

Изучение нового материала. Терминология.

Биологические полимеры.
Содержание углеводов в живой материи.
Классификация углеводов и их свойства.
Биологические свойства углеводов.

I. Изучение нового материала.

1. Биологические полимеры. /слайды 3-4/

Основу строения клеток и организмов составляют огромные молекулы, называемые полимерами. Полимеры (от греч. поли – много и мерос – часть) – гигантские молекулы, образованные многими повторяющимися частями, так называемыми мономерами (от греч. монос – один). Мономеры - это строительные блоки, способные соединяться друг с другом, образуя полимеры, известные также под названием макромолекул (от греч.макрос – большой).

К полимерам относятся основные составные элементы живых организмов – полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин), белки и нуклеиновые кислоты. Их называют биологическими полимерами. С начала XX в. химики стали изготовлять искусственные органические полимеры.

Молекулы биологических полимеров лежат в основе используемых людьми уже не одну тысячу лет шерсти и шелка (белки), хлопка (углевод целлюлоза), каучука (углеводород полиизопрен). Искусственные полимеры лежат в основе искусственного волокна, пластмасс.

Молекулярная масса искусственных полимеров имеет обычно неопределенную величину. Природные же полимеры имеют вполне определенную величину и массу – от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч ( в исключительных случаях до 1 млн) молекул. Длина молекул доходит до нескольких сотен нанометров (1нм равен 10-9 м).

По особенностям строения полимеры делятся на два типа: регулярные и нерегулярные.

Регулярным, или периодическим, называется полимер, в молекуле которого группа мономеров периодически повторяется. Например: Б-А-А-Б-А-А-Б-А-А и т.д. (буквами А и Б обозначены разные мономерные звенья). К регулярным полимерам из биологических полимеров относятся многие полисахариды.

Нерегулярным, или непериодическим, называется полимер, в молекуле которого нет видимой закономерности и повторяемости мономеров. Например: А-Б-Б-Б-А-А-А-Б-А и т.д. Из биологических к нерегулярным полимерам относятся белки и нуклеиновые кислоты.

Итак, организм строит свои макромолекулы, соединяя друг с другом мономеры. Полимеры обладают многообразными свойствами. Это объясняется многочисленными

вариантами соединения мономеров в цепь. За счет этого обеспечивается разнообразие жизни на нашей планете.

2. Содержание углеводов в живой материи. /слайд 6/

Углеводы – самые распространенные на Земле органические вещества. Они содержатся в клетках всех живых организмов. Название «углеводы» произошло потому, что первые известные вещества этого класса состояли как бы из углерода и воды. Общая их формула С_n(Н₂О)_m. У большинства углеводов число атомов водорода в 2 раза превышает количество атомов кислорода. Позднее были найдены углеводы, не отвечающие этой общей формуле, но название «углеводы» сохранилось.

В животных клетках углеводов немного: 1 – 2 иногда до 5% (например, в клетках печени). Растительные клетки, напротив, богаты углеводами – там их содержание достигает 90% сухой массы.

3. Классификация углеводов и их свойства. /слайд 7/

Углеводы, или сахариды, по особенностям строения делятся на три группы.

1. Моносахариды /слайд 8/ (монозы, или простые сахара) – состоят из одной молекулы и представляют собой твердые кристаллические вещества, бесцветные и хорошо растворимые в воде. Почти все они обладают приятным сладким вкусом.

Моносахариды можно рассматривать как производные многоатомных спиртов (в простейшем случае – глицерина). При окислении глицерина получаются два простейших моносахарида – глицериновый альдегид и диоксиацетон, которые играют важную роль в обмене веществ клетки. Слайд 1: Образование простейших моносахаридов.

Глицериновый альдегид и диоксиацетон содержат по три углеродных атома и относятся к триозам (3 С); тетрозы содержат четыре атома углерода (4 С); пентозы – пять (5 С); гексозы – шесть (6 С); и гептозы – семь (7 С).

В неразветвленном скелете моносахарида все атомы углерода, кроме одного, связаны с гидроксильными группами (-ОН), а один – с карбонильным кислородом (=О). Если карбонильная группа находится в конце цепи, то моносахарид представляет собой альдегид (как, например, глицериновый) и называется альдозой, при любом другом положении этой группы он является кетоном (например, диоксиацетон) и называется кетозой.

Моносахариды существуют также и в виде замкнутых циклических форм, которые образуются в результате реакции спиртовой и альдегидной (или кетонной) групп внутри самой молекулы.

Из тетроз в процессах жизнедеятельности, более важна эритроза. Этот сахар в растениях является одним из промежуточных продуктов фотосинтеза. Слайд 9: Эритроза (структурная и циклическая формы).

Наиболее широко распространены в животном и растительном мире пентозы и гексозы. Пентозы представлены такими важными соединениями, как рибоза (С₅Н₁₀О₅) и дезоксирибоза (С₅Н₁₀О₄). В дезоксирибозе около одного из атомов углерода отсутствует кислород, отсюда и название этого углевода. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав мономеров нуклеиновых кислот – ДНК и РНК, а также в состав АТФ. Слайд 10: Пентозы. Рибоза и дезоксирибоза.

Из гексоз наиболее широко распространены - глюкоза, фруктоза и галактоза. Их общая формула С6Н12О6. Глюкоза – виноградный сахар. Она входит в состав важнейших ди- и полисахаридов. Глюкоза – первичный и главный источник энергии для клеток. Фруктоза в большом количестве встречается в плодах, поэтому ее часто называют плодовым сахаром. Особенно много фруктозы в меде, фруктах, сахарной свекле. Галактоза – пространственный изомер глюкозы. Она входит в состав лактозы – молочного сахара, а также некоторых полисахаридов. Слайд 11: Гексозы. Глюкоза, галактоза,фруктоза.

Моносахариды могут быть представлены в форме альфа- и бета- изомеров. Гидроксильная группа при первом атоме углерода может располагаться как под плоскостью цикла (альфа- изомер), так и над ней (бета- изомер). Молекулы крахмала состоят из остатков альфа – глюкозы, а молекулы целлюлозы – из остатков бета – глюкозы. Слайд 12: Схемы строения альфа- и бетта – глюкозы.

2. Олигосахариды (полисахариды первого порядка) составляют промежуточную группу между моносахаридами и высшими полисахаридами (полисахаридами второго порядка). Они содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества остатков моносахаридов (количества мономерных звеньев), входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов. К ним относятся сахароза, лактоза и мальтоза.

Сахароза – хорошо знакомый нам тростниковый или свекловичный сахар; общая формула С₁₂Н₂₂О₁₁. Сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы. Она чрезвычайно широко распространена в растениях (семена, ягоды, корни, клубни, плоды) и играет большую роль в питании многих животных и человека. Этот дисахарид легко растворим в воде. Главное сырье для получения сахарозы – сахарная свекла и сахарный тростник. Слайд 13: Сахароза.

Лактоза – молочный сахар, имеет в составе глюкозу и галактозу. Этот дисахарид находится в молоке (от 2 до 8,5%) и является основным источником энергии для детенышей млекопитающих. Используется в микробиологической промышленности для приготовления питательных сред. Слайд 14: Лактоза.

Мальтоза – солодовый сахар, состоит из двух молекул глюкозы. Мальтоза является основным структурным элементом крахмала и гликогена. Слайд 15: Мальтоза.

Олигосахариды еще называют сахароподобными веществами.

3. Полисахариды второго порядка, или несахароподобные сложные углеводы, в воде не растворяются, сладкого вкуса не имеют. Образуются в результате реакции поликонденсации и состоят из большого числа моносахаридов. Молекулярная масса велика и составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Важнейшими полисахаридами являются крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, муреин.

Крахмал является смесью двух полимеров альфа - глюкозы: амилозы и амилопектина. Амилоза состоит из остатков глюкозы, соединенных в неразветвленную цепь. В составе амилозы – от 60 до 300 остатков глюкозы. Молекулы амилозы свернуты в спирали. Амилоза способна растворяться в горячей воде и в присутствии йода окрашивается в синий цвет. Амилопектин состоит как из линейных, так и из разветвленных цепей, образованных примерно 1500 остатками глюкозы. Амилопектин окрашивается йодом в сине – фиолетовый цвет. Слайд 16: Схема строения крахмала.

Количество остатков глюкозы в молекуле крахмала исчисляется несколькими тысячами. Его общая формула (С6Н10О5)n. Крахмал содержится в большом количестве, например, в клубнях картофеля, в большинстве семян и во многих плодах. Запасается крахмал в виде крахмальных зерен, наиболее крупные они у картофеля, а самые мелкие – у риса и гречихи. Слайд 16: крахмальные зерна пшеницы (а), овса (б) и картофеля (в).

Гликоген – полисахарид, содержащийся в тканях тела животных и человека, а также грибах, дрожжах и зерне сахарной кукурузы. Гликоген играет важную роль в превращениях углеводов в животных организмах. Он в значительных количествахнакапливается в печени, мышцах, сердце и других органах. Гликоген поставляет глюкозу в кровь. Он является полимером альфа – глюкозы и по структуре напоминает амилопектин, но разветвлены его полимерные цепи сильнее. Молекула гликогена состоит примерно из 30 тыс. остатков глюкозы. Слайд 17: Гликоген.

Клетчатка (целлюлоза) – главный структурный компонент клеточных стенок растений. В ней аккумулировано около 50% всего углерода биосферы. Клетчатка нерастворима в воде. По своей структуре это линейный полимер. Ее молекула представляет собой неразветвленную вытянутую цепочку моносахаридов, представленных бета – глюкозой. Множество линейных молекул целлюлозы уложено параллельно и «связано в пучки» водородными связями. Поперечная связь между цепями препятствует проникновению воды, поэтому целлюлоза очень устойчива к гидролизу и, следовательно, является прекрасным строительным материалом, идеально подходящим для растений. Слайд 18: Конформация молекулы целлюлозы.

Хитин – это полимер, мономером которого является аминопроизводное бета – глюкозы – N-ацетилглюкозамин. Хитин является строительным материалом, которого особенно много в наружном скелете членистоногих и в клеточных стенках грибов.

Таким образом, углеводы – разнообразная по своему строению, а, следовательно, и по физическим и химическим свойствам, группа веществ. Это многообразие позволяет им выполнять в клетках и организмах многочисленные функции. Слайд 19

4. Биологические функции углеводов.

Со многими функциями этих органических веществ мы уже познакомились выше, поэтому подчеркнем лишь главные функции углеводов. /Слайды 20-22/

Энергетическая – углеводы служат источником энергии для организма. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж (4,2 ккал) энергии. Следует отметить, что сахара являются главным источником быстро мобилизуемой энергии, так как в процессе пищеварения они легко переводятся в форму, пригодную для удовлетворения энергетических потребностей клеток.
Строительная – целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, хитин обнаруживается в клеточной стенке грибов и в наружном скелете членистоногих, гликопротеиды – соединения углеводов с белками входят в состав хрящевой и костной ткани животных.
Запасающая – выражается в том, что крахмал накапливается клетками растений, а гликоген – клетками животных. Эти вещества служат для клеток и организмов источником глюкозы, которая легко высвобождается по мере необходимости.
Защитная – гепарин – ингибитор свертывания крови; слизи, выделяемые различными железами и богатые углеводами, предохраняют пищевод, кишечник, желудок, бронхи от механических повреждений, препятствуют проникновению в организм бактерий и вирусов; камеди, выделяющиеся в местах повреждения стволов и ветвей, защищают деревья и кустарники от проникновения инфекций через раны.
Составная часть жизненно важных веществ – входят вместе с белками в состав ферментов, входят в состав ДНК, РНК, АТФ, участвуют в синтезе коферментов НАД+, НАДФ+, ФАД+. Слайд 23: ФАД – флавинадениндинуклеотид, НАД – никотиномидадениндинуклеотид.
Участие в фиксации углерода - рибулозобифосфат является непосредственным акцептором углекислого газа в темновой фазе фотосинтеза. Слайд 24: Фиксация СО2 в темновой фазе фотосинтеза.

II. Закрепление знаний.

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.
Работа по карточкам (компьютерный и печатный варианты). (Приложение 1)
Тестовая проверка знаний. (Приложение 2)

III. Домашнее задание.

Изучить параграф учебника - 3.2.2., стр.100-102, конспект урока (авторы учебника: В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин, Е.Т. Захарова), 2007.

Макромолекула – определение и примеры

Макромолекулы – большие, сложные молекулы. Они обычно являются продуктом более мелких молекул, таких как белки, липиды и углеводы.

Другое название макромолекулы – это полимер, который происходит от греческого префикса poly, что означает «много единиц». В разрезе, макромолекула является продуктом множества более мелких молекулярных единиц.

Примеры макромолекул

Энергия из углеводов

Небольшие молекулярные единицы, которые составляют макромолекулы, называются мономерами. Мономеры обычно одноклеточные и выделяются после разрушения полимера или макромолекулы в химическом процессе.

Метаболизм, или преобразование пищи в энергию, является наиболее распространенным из этих химических процессов. Когда вы усваиваете пищу, ваш организм разбивает макромолекулы, содержащиеся в пище, на более мелкие единицы, которые затем используются для продвижения тела в течение дня.

Углеводы представляют собой одну из наиболее изученных макромолекул в биологии. Простые или сложные, они дают глюкозу, или «кровь сахар », как их основная энергетическая единица. Кроме того, простые и сложные углеводы на самом базовом уровне представляют собой цепочки молекул глюкозы.

Поэтому метаболизирующие углеводы требуют, чтобы организм разрушал эти глюкозные цепи. Организм делает это путем высвобождения ферментов, таких как амилаза, которые прилипают к цепям глюкозы, чтобы отделить их и изолировать глюкозу молекула, Кульминацией этого процесса является выделение энергии макромолекулой, а также небольшое количество H2O и CO2 для потребления организмом.

Синтетические волокна

Покупки новой одежды для некоторых – время, а для других – пытка. Независимо от того, как вы относитесь к покупкам, вы, вероятно, сталкивались с синтетической одеждой. Нейлон, вискоза и спандекс – одни из самых известных, эти не дышащие ткани почти полностью состоят из макромолекул.

Мы рассмотрим Spandex более внимательно, чтобы лучше понять макромолекулярные качества синтетических волокон. Первый шаг в создании волокна Spandex включает реакцию мономеров с образованием форполимера или жидкой примитивной макромолекулы. Затем в процессе, называемом «прядение», эти форполимеры подают через клетка затвердеть и достичь желаемой толщины. Нейлон и вискоза, хотя и химически различны, производятся с использованием аналогичных технологий.

Чтобы связать это с другими концепциями, спандекс и другие синтетические ткани создаются с использованием процесса, диаметрально противоположного метаболизму: вместо разрушения макромолекулярной структуры он состоит из более мелких компонентов.

Генетический трансфер

Как ни удивительно, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) технически представляет собой набор макромолекул. Нуклеиновые кислоты (A, T, C и G), которые действуют как коды для генетического материала, состоят из мономеров, называемых нуклеотидами, которые также несут генетические материалы.

ДНК отделяется во время мейоз или формирование половых клеток. Так как макромолекулярная структура больше не является цельной, оставшиеся мономеры, нуклеотиды, становятся ответственными за перенос генетической информации в гаметы или половые клетки, которые в результате.

Два примера связывают этот пример с теми, которые ему предшествуют: ДНК представляет собой макромолекулу, которая сначала функционирует как углевод, а затем как синтетическая ткань. Сначала тело разбивает его на наименьший функциональный элемент, мономер нуклеотид, чтобы перестроить его, если он оплодотворен, в другую массу макромолекул.

полимер – Связанная группа мономеров. Если эти группы особенно велики, они повторяются последовательно.
мономер – Самая простая единица полимера.
Форполимер – Молекулярная единица уменьшена до такой степени, что с ней можно манипулировать перед полимеризацией.

викторина

1. Макромолекулы называются полимерами, потому что …A. … они сделаны из многих компонентов.B. … они практикуют полиаморию.C. … они прикрепляются к полиуретану.D. … они сделаны из многих витаминов.

Ответ на вопрос № 1

верно. Слово «полимер» происходит от греческого префикса «poly», что означает «много». Таким образом, полимер является так называемым, потому что он сделан из многих частей.

2. ДНК считается макромолекулой, потому что она состоит из множества _________, называемых _________.A. Misnomers, приливыB. Мономеры, нуклеотидыC. Мономеры, ядраD. Полимеры, нуклеотиды

Ответ на вопрос № 2

В верно. Технически ДНК представляет собой полимер, состоящий из нескольких мономеров, называемых нуклеотидами, которые несут генетическую информацию. Эти мономеры временно отделяются во время деление клеток,

3. Чем форполимер отличается от мономера?A. Форполимеры и мономеры одинаковы.B. Форполимеры содержат больше генетической информации, чем мономеры при введении в клетку.C. Форполимеры более сложны, чем мономер, но менее прочно сконструированы, чем настоящий полимер.D. Форполимеры менее сложны, чем мономер, и могут резко изменить химическую природу полимера.

Ответ на вопрос № 3

С верно. Форполимеры создаются при производстве синтетических тканей. Они представляют собой жидкую форму настоящих полимеров, и ими можно манипулировать до того, как они полимеризуются или затвердевают.

Макромолекулы - Macromolecule

«Макромолекулярная химия» перенаправляется сюда. О журнале, ранее известном как Macromolecular Chemistry, см. Макромолекулярная химия и физика.

А макромолекула очень большой молекула, например, белок, обычно состоящий из полимеризация малых подразделений, называемых мономеры. Обычно они состоят из тысяч атомы или больше. Вещество, состоящее из мономеров, называется полимер. Наиболее распространенные макромолекулы в биохимия находятся биополимеры (нуклеиновые кислоты, белки и углеводы ) и большие неполимерные молекулы (такие как липиды и макроциклы ), [1] синтетические волокна, а также экспериментальные материалы, такие как углеродные нанотрубки. [2] [3]

Макромолекулы - это большие молекулы, состоящие из тысяч ковалентно связанных атомов. Углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты - все это макромолекулы. Макромолекулы образованы множеством мономеров, соединяющихся вместе, образуя полимер. Углеводы состоят из углерода, кислорода и водорода. Мономером углеводов являются моносахариды. Есть три формы углеводов: энергетические, запасные и структурные молекулы. Дисахарид образуется, когда в результате реакции дегидратации два моносахарида соединяются. Другой тип макромолекул - липиды. Липиды - это углеводороды, не образующие полимеров. Жиры состоят из глицерина и жирных кислот. Фосфолипиды обычно находятся в фосфолипидном бислое мембран. У них гидрофильные головы и гидрофопные хвосты. Белок - это еще один тип макромолекул. Аминокислоты - это мономеры белков. Белки выполняют множество различных функций. Есть белки, которые используются для структурной поддержки, хранения, транспорта, клеточной коммуникации, движения, защиты от посторонних веществ и многого другого. Нуклеиновые кислоты передают и помогают выражать наследственную информацию. Они состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Два типа нуклеиновых кислот - это ДНК и РНК.

Содержание

Определение

Молекула с высокой относительной молекулярной массой, структура которой существенно
состоит из многократного повторения единиц, фактически или концептуально полученных из
молекулы с низкой относительной молекулярной массой.

1. Во многих случаях, особенно для синтетических полимеров, молекулу можно рассматривать
как имеющие высокую относительную молекулярную массу, если добавление или удаление одного или
некоторые единицы оказывают незначительное влияние на молекулярные свойства. Это утверждение
не работает в случае определенных макромолекул, свойства которых могут быть
критически зависит от мелких деталей молекулярной структуры.

2. Если часть или вся молекула подпадает под это определение, она может быть описана
как либо макромолекулярный или же полимерный, или полимер употребляется прилагательно. [4]

Период, термин макромолекула (макро- + молекула) был придуман Нобелевский лауреат Герман Штаудингер в 1920-х годах, хотя в его первой соответствующей публикации в этой области упоминается только высокомолекулярные соединения (более 1000 атомов). [5] В то время срок полимер, как введено Берцелиус в 1832 году имел другое значение, чем сегодня: это просто была другая форма изомерия например с бензол и ацетилен и не имел ничего общего с размером. [6]

Использование термина для описания больших молекул варьируется в зависимости от дисциплины. Например, пока биология относится к макромолекулам как к четырем большим молекулам, составляющим живые существа, в химия, термин может относиться к агрегатам из двух или более молекул, удерживаемых вместе посредством межмолекулярные силы скорее, чем ковалентные связи но которые не легко диссоциируют. [7]

По стандарту ИЮПАК определение, термин макромолекула в науке о полимерах используется только для одной молекулы. Например, отдельная полимерная молекула надлежащим образом описывается как «макромолекула» или «молекула полимера», а не как «полимер», что предполагает наличие вещество состоит из макромолекул. [8]

Макромолекулы из-за их размера сложно описывать в терминах стехиометрия один. Структура простых макромолекул, таких как гомополимеры, может быть описана в терминах индивидуальной субъединицы мономера и общей молекулярная масса. Сложные биомакромолекулы, с другой стороны, требуют многогранного структурного описания, такого как иерархия структур, используемых для описания белки. В Британский английский, слово "макромолекула" обычно называют "высокий полимер".

Характеристики

Макромолекулы часто обладают необычными физическими свойствами, которых нет у более мелких молекул.

Другое общее свойство макромолекул, которое не характеризует более мелкие молекулы, - их относительная нерастворимость в воде и т.п. растворители, вместо этого формируя коллоиды. Многие требуют соли или в частности ионы растворить в воде. Точно так же многие белки будут денатурировать если концентрация растворенного вещества в их растворе слишком высока или слишком мала.

Высокие концентрации макромолекул в растворе могут изменить тарифы и константы равновесия реакций других макромолекул за счет эффекта, известного как макромолекулярное скопление. [9] Это происходит от макромолекул без учета другие молекулы из большой части объема раствора, тем самым увеличивая эффективные концентрации этих молекул.

Линейные биополимеры

Все живые организмы зависят от трех основных биополимеры за свои биологические функции: ДНК, РНК и белки. [10] Каждая из этих молекул необходима для жизни, поскольку каждая играет особую и незаменимую роль в жизнедеятельности человека. клетка. [11] Простое резюме таково: ДНК создает РНК, а затем РНК создает белки.

ДНК, РНК и белки состоят из повторяющейся структуры связанных строительных блоков (нуклеотиды в случае ДНК и РНК, аминокислоты в случае белков). В общем, все они представляют собой неразветвленные полимеры, поэтому их можно представить в виде нити. В самом деле, их можно рассматривать как цепочку шариков, каждая из которых представляет собой один нуклеотид или мономер аминокислоты, связанные вместе через ковалентные химические связи в очень длинную цепочку.

В большинстве случаев мономеры в цепи имеют сильную склонность к взаимодействию с другими аминокислотами или нуклеотидами. В ДНК и РНК это может принимать форму Уотсона-Крика. пар оснований (G-C и A-T или A-U), хотя могут происходить и происходят гораздо более сложные взаимодействия.

Конструктивные особенности

ДНК	РНК	Белки
Кодирует генетическую информацию	да	да	Нет
Катализирует биологические реакции	Нет	да	да
Строительные блоки (тип)	Нуклеотиды	Нуклеотиды	Аминокислоты
Строительные блоки (количество)	4	4	20
Беспризорность	Двойной	Одинокий	Одинокий
Структура	Двойная спираль	Сложный	Сложный
Устойчивость к деградации	Высоко	Переменная	Переменная
Системы ремонта	да	Нет	Нет

Из-за двухцепочечной природы ДНК практически все нуклеотиды имеют форму Пары оснований Уотсона-Крика между нуклеотидами на двух комплементарных цепях двойная спираль.

Напротив, как РНК, так и белки обычно одноцепочечные. Следовательно, они не ограничены регулярной геометрией двойной спирали ДНК и поэтому складываются в сложные трехмерные формы в зависимости от их последовательности. Эти разные формы отвечают за многие общие свойства РНК и белков, включая образование специфических карманы для переплетов и способность катализировать биохимические реакции.

ДНК оптимизирована для кодирования информации

ДНК макромолекула хранения информации, которая кодирует полный набор инструкции (в геном ), которые необходимы для сборки, обслуживания и воспроизводства каждого живого организма. [12]

И ДНК, и РНК способны кодировать генетическую информацию, поскольку существуют биохимические механизмы, которые считывают информацию, закодированную в последовательности ДНК или РНК, и используют ее для создания определенного белка. С другой стороны, информация о последовательности белковой молекулы не используется клетками для функционального кодирования генетической информации. [1] : 5

ДНК имеет три основных атрибута, которые позволяют ей кодировать генетическую информацию намного лучше, чем РНК. Во-первых, он обычно двухцепочечный, так что существует минимум две копии информации, кодирующей каждый ген в каждой клетке. Во-вторых, ДНК имеет гораздо большую устойчивость к разрушению, чем РНК, что в первую очередь связано с отсутствием 2'-гидроксильной группы в каждом нуклеотиде ДНК. В-третьих, присутствуют очень сложные системы наблюдения и восстановления ДНК, которые отслеживают повреждение ДНК и ремонт последовательность при необходимости. Аналогичные системы не разработаны для восстановления поврежденных молекул РНК. Следовательно, хромосомы могут содержать многие миллиарды атомов, расположенных в определенной химической структуре.

Белки оптимизированы для катализа

Белки - это функциональные макромолекулы, отвечающие за катализирование в биохимические реакции которые поддерживают жизнь. [1] : 3 Белки выполняют все функции организма, например фотосинтез, нервную функцию, зрение и движение. [13]

Одноцепочечная природа белковых молекул вместе с их составом из 20 или более различных строительных блоков аминокислот позволяет им складываться в огромное количество различных трехмерных форм, обеспечивая при этом карманы для связывания, через которые они могут специфически взаимодействовать с всевозможные молекулы. Кроме того, химическое разнообразие различных аминокислот вместе с различным химическим окружением, обеспечиваемым локальной трехмерной структурой, позволяет многим белкам действовать как ферменты, катализируя широкий спектр конкретных биохимических преобразований в клетках. Кроме того, белки развили способность связывать широкий спектр кофакторы и коферменты, более мелкие молекулы, которые могут наделять белок специфической активностью помимо тех, которые связаны только с полипептидной цепью.

РНК многофункциональна

РНК является многофункциональным, его основная функция - кодировать белки в соответствии с инструкциями в ДНК клетки. [1] : 5 Они контролируют и регулируют многие аспекты синтеза белка в эукариоты.

РНК кодирует генетическую информацию, которая может быть переведено в аминокислотную последовательность белков, о чем свидетельствуют молекулы информационной РНК, присутствующие в каждой клетке, и геномы РНК большого числа вирусов. Одноцепочечная природа РНК вместе со склонностью к быстрому разрушению и отсутствием систем репарации означает, что РНК не так хорошо подходит для длительного хранения генетической информации, как ДНК.

Кроме того, РНК представляет собой одноцепочечный полимер, который, как и белки, может складываться в очень большое количество трехмерных структур. Некоторые из этих структур обеспечивают сайты связывания для других молекул и химически активные центры, которые могут катализировать определенные химические реакции на этих связанных молекулах. Ограниченное количество различных строительных блоков РНК (4 нуклеотида против> 20 аминокислот в белках) вместе с их недостаточным химическим разнообразием приводит к каталитической РНК (рибозимы ), как правило, являются менее эффективными катализаторами большинства биологических реакций, чем белки.

§ 3. Органические вещества. Углеводы

Органические молекулы состоят из углерода. Благодаря небольшой величине атома и четырем валентным электронам он способен образовывать прочные ковалентные связи углеродных скелетов и других атомов. Эта дает возможно углеродным соединения образовывать большие и сложные молекулы. Это и отличает их от неорганических веществ. Среди органических веществ различают небольшие по молекулярной массе молекулы и макромолекулы. Малые молекулы представляют собой соединения углерода с молекулярной массой от 100 до 100 и содержат до 30 углеродных атомов. Из таких молекул образуются более крупные макромолекулы, их молекулярные массы могут превышать 1000000.

2. Чем характеризуются макромолекулы органических веществ?

Макромолекулы органических веществ построены из малых молекул, которые служат мономерами, и выступают в роли повторяющихся единиц несколько раз (до нескольких сотен и тысяч раз). Макромолекулы, построенные из мономеров называются полимерами. Органические полимеры, входящие в состав живых организмов называются биополимерами. К ним относят белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.

3. Объясните значение терминов «мономер», «полимер».

Мономер (от греч. monos – один, meros – часть, доля) – это малые молекулы, повторяющиеся в макромолекулах. Так, глюкоза служит мономером крахмала и целлюлозы, аминокислоты – мономеры белков.

Полимеры (от греч. polymeres – состоящий из многих частей) – это макромолекулы, состоящие из повторяющихся единиц – мономеров. Органические полимеры, входящие в состав живых организмов называются биополимерами. К ним относят белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.

4. Приведите примеры полимеров. Какие соединения являются мономерами различных полимеров?

Белки – полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Полисахариды – полимеры, мономерами которых являются глюкоза или ее производные. Нуклеиновые кислоты – полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

5. Каковы отличительные особенности простых сахаров? Приведите примеры моносахаридов и дисахаридов.

Простые углеводы (или простые сахара), или моносахариды – это кристаллические вещества, сладкие на вкус, растворимые в воде. Их молекулы могут содержать от трех до семи атомов углерода. Из пятиуглеродных сахаров наибольшее биологическое значение имеют рибоза и дезоксирибоза. Эти простые сахара являются компонентами нуклеотидов, из которых построены гигантские молекулы нуклеиновых кислот – РНК и ДНК. В молекулах глюкозы и фруктозы шесть атом углерода. Моносахариды соединяются ковалентными связями, могут образовывать дисахариды. Моносахариды и дисахариды сладкие на вкус, хорошо растворимы в воде. Моносахариды – это глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза. Дисахариды – это сахароза, мальтоза, лактоза.

6. Раскройте роль глюкозы в клетке.

Глюкоза – виноградный сахар, является первичным источником энергии в клетке, а также является мономером многих полисахаридов. В результате реакций окисления (гликолиза) в клетке она распадается на углекислый газ и воду (до конечных продуктов распада). В ходе распада глюкозы высвобождается энергия, которая клетка использует для синтеза своих собственных необходимых клетке соединений. Так как является мономером многих полисахаридов, глюкоза основной и главный источник энергии в клетке.

7. Назовите известные вам полисахариды. Расскажите о функциях полисахаридов в клетках растений, животных и грибов.

Полисахариды – крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. В животных клетках содержится гликоген (животный крахмал). Гликоген запасается в печени и мышцах, служит источником энергии. Крахмал и целлюлоза (клетчатка) – входят в состав растительных клеток. Крахмал – это запасное вещество, накапливается в клетках в виде крахмальных зерен, содержаться в клубнях картофеля, семян бобовых и злаков. Целлюлоза – входит в состав клеточных стенок растений, обеспечивая прочность растениям, образуя механические ткани. Хитин – это углевод грибных клеток и покровов членистоногих, близок по строению к целлюлозе. Служит важным компонентом наружного скелета и компонентом клеточных стенок, выполняя опорную функцию.

Читайте также: