Біополімери - це ... Рослинні полімери

Величезна кількість різноманітних сполук різної хімічної природи зумів синтезувати людина в лабораторних умовах. Однак все одно найважливішими і значущими для життя всіх живих систем були, є і залишаться саме природні, природні речовини. Тобто ті молекули, які беруть участь в тисячах біохімічних реакцій всередині організмів і відповідають за їх нормальне функціонування.

Переважна більшість з них належить до групи, яка має назву "біологічні полімери".

Загальне поняття про біополімерах

В першу чергу слід сказати, що всі ці сполуки - високомолекулярні, що мають масу, яка доходить до мільйонів Дальтон. Дані речовини - тваринні та рослинні полімери, які відіграють визначальну роль в побудові клітин і їх структур, забезпеченні метаболізму, фотосинтезу, дихання, харчування та всіх інших життєво важливих функцій будь-якого живого організму.

Переоцінити значення таких з`єднань складно. Біополімери - це природні речовини природного походження, що формуються в живих організмах і є основою всього живого на нашій планеті. Які ж конкретно з`єднання до них відносяться?

біополімери клітини

Їх досить багато. Так, основними биополимерами є наступні:

• білки;
• полісахариди;
• нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК).

Крім них, сюди ж можна віднести і багато змішані полімери, що формуються з комбінацій вже перерахованих. Наприклад, ліпопротеїни, ліпополісахариди, глікопротеїни та інші.

загальні властивості

Можна виділити кілька особливостей, які притаманні всіх розглянутих молекул. Наприклад, такі загальні властивості біополімерів:

• велика молекулярна маса внаслідок утворення величезних макроланцюга з розгалуженнями в хімічній структурі;
• типи зв`язків в макромолекулах (водневі, іонні взаємодії, електростатичне тяжіння, дисульфідні містки, пептидні зв`язку та інші);
• структурна одиниця кожного ланцюга - мономерна ланка;
• стереорегулярность або її відсутність в будові ланцюга.

Але в цілому у всіх біополімерів все ж більше відмінностей в будові і функціях, ніж подібностей.

білки

Величезне значення в житті будь-яких живих істот мають білкові молекули. Такі біополімери - це основа всієї біомаси. Адже навіть з теорії Опаріна-Холдейна життя на Землі зародилося з коацерватной крапельки, яка представляла собою білок.

Структура даних речовин підпорядковується суворої впорядкованості в будові. Основу кожного білка складають амінокислотні залишки, які здатні з`єднуватися один з одним в необмеженої довжини ланцюга. Це відбувається за допомогою формування особливих зв`язків - пептидних. Такий зв`язок утворюється між чотирма елементами: вуглецем, киснем, азотом і воднем.

До складу молекули білка може входити дуже багато амінокислотних залишків, як однакових, так і різних (кілька десятків тисяч і більше). Всього різновидів амінокислот, що зустрічаються в складі даних сполук, налічується 20. Однак їх різноманітне поєднання дозволяє білкам процвітати в кількісному і видовому відношенні.

Біополімери білків мають різні просторові конформації. Так, кожен представник може існувати у вигляді первинної, вторинної, третинної або четвертинної структури.

Найбільш проста і лінійна з них - первинна. Вона являє собою просто ряд амінокислотних послідовностей, з`єднаних один з одним.

Вторинна конформація відрізняється більш складною будовою, так як загальна макроланцюга білка починає спирализованную, формуючи витки. Дві поруч розташовані макроструктури утримуються одна біля одної за рахунок ковалентних і водневих взаємодій між угрупованнями їх атомів. Розрізняють альфа і бета-спіралі вторинної структури білків.

Третинна структура являє собою згорнуту в клубок одну макромолекулу (поліпептидний ланцюг) білка. Дуже складна мережа взаємодій всередині даної глобули дозволяє їй бути досить стабільною і тримати прийняту форму.

Четвертичная конформація - це кілька поліпептидних ланцюжків, згорнутих спірально і закручених в клубок, які при цьому ще й між собою утворюють множинні зв`язку різного типу. Найскладніша глобулярна структура.

Функції білкових молекул

1. Транспортна. Її здійснюють входять до складу плазматичної мембрани клітини-білки. Саме вони формують іонні канали, по яких здатні проходити ті чи інші молекули. Також багато білків входять до складу органоїдів руху найпростіших і бактерій, тому беруть безпосередню участь в їх русі.
2. Енергетична функція виконується даними молекулами дуже активно. Один грам білка в процесі метаболізму утворює 17,6 кДж енергії. Тому споживання рослинних і тваринних продуктів, що містять ці сполуки, життєво необхідно живим організмам.
3. Будівельна функція полягає в участі білкових молекул в побудові більшості клітинних структур, самих клітин, тканин, органів і так далі. Практично будь-яка клітина в основі своїй побудована з даних молекул (цитоскелет цитоплазми, плазматична мембрана, рибосома, мітохондрії та інші структури беруть участь в утворенні білкових з`єднань).
4. Каталітична функція здійснюється ферментами, які за своєю хімічною природою є не чим іншим, як білками. Без ферментів було б неможливо більшість біохімічних реакцій в організмі, так як вони - біологічні каталізатори в живих системах.
5. Рецепторная (також сигнальна) функція допомагає клітинам орієнтуватися і правильно реагувати на будь-які зміни навколишнього середовища, як механічні, так і хімічні.

Якщо розглядати білки більш поглиблено, то можна виділити ще деякі другорядні функції. Однак перераховані є основними.

нуклеїнові кислоти

Такі біополімери - це важлива частина кожної клітини, будь прокаріотична вона або еукаріотична. Адже до нуклеїнових кислот відносяться молекули ДНК (Дезоксирибонуклеїнової кислоти) і РНК (рибонуклеїнової кислоти), кожна з яких є дуже важливою ланкою для живих істот.

За своєю хімічною природою ДНК і РНК є послідовностями нуклеотидів, з`єднаних водневими зв`язками і фосфатними містками. До складу ДНК входять такі нуклеотиди, як:

• аденін;
• тимін;
• гуанін;
• цитозин;
• пятіуглеродістий цукор дезоксирибоза.

РНК відрізняється тим, що тимін замінюється на урацил, а цукор - на рибозу.

Завдяки особливій структурної організації молекули ДНК здатні виконувати ряд життєво значущих функцій. РНК також грає в клітці велику роль.

Функції таких кислот

Нуклеїнові кислоти - біополімери, що відповідають за наступні функції:

1. ДНК є хранителем і передавачем генетичної інформації в клітинах живих організмів. У прокаріотів дана молекула розподілена в цитоплазмі. В еукаріотичної клітці знаходиться всередині ядра, відокремленого каріолемми.
2. Двуцепочечной молекула ДНК розділена на ділянки - гени, які складають структури хромосоми. Гени кожної істоти формують спеціальний генетичний код, в якому зашифровані всі ознаки організму.
3. РНК буває трьох видів - матрична, рибосомальная і транспортна. Рибосомальна бере участь в синтезі і збірці білкових молекул на відповідних структурах. Матрична і транспортна переносять зчитану з ДНК інформацію і розшифровують її біологічний сенс.

полісахариди

Дані сполуки - це переважно рослинні полімери, тобто зустрічаються саме в клітинах представників флори. Особливо багата полісахариди їх клітинна стінка, яка містить целюлозу.

За своєю хімічною природою полісахариди - це макромолекули вуглеводів складної будови. Можуть бути лінійними, шаруватими, зшитими конформаціями. Мономерами виступають прості п`яти-, частіше шестіуглеродних цукру - рибоза, глюкоза, фруктоза. Мають велике значення для живих істот, так як входять до складу клітин, є запасним живильною речовиною рослин, розщеплюються з вивільненням великої кількості енергії.

Значення різних представників

Дуже важливі такі біологічні полімери, як крохмаль, целюлоза, інулін, глікоген, хітин та інші. Саме вони і є важливими джерелами енергії в живих організмах.

Так, целюлоза - обов`язковий компонент клітинної стінки рослин, деяких бактерій. Надає міцність, певну форму. У промисловості людиною використовується для отримання паперу, цінних ацетатних волокон.

Крохмаль - запасне поживна речовина рослин, яке є також цінним харчовим продуктом для людей і тварин.

Глікоген, або тваринний жир, - запасне поживна речовина тварин і людини. Виконує функції теплоізоляції, енергетичного джерела, механічного захисту.

Змішані біополімери в складі живих істот

Крім тих, що ми розглянули, існують і різні поєднання високомолекулярних сполук. Такі біополімери - це складні змішані конструкції з білків і ліпідів (ліпопротеїни) або з полісахаридів і білків (глікопротеїни). Також можливе поєднання ліпідів і полісахаридів (ліпополісахариди).

Кожен з цих біополімерів має безліч різновидів, що виконують в живих істотах ряд важливих функцій: транспортну, сигнальну, рецепторну, регуляторну, ферментативну, будівельну та багато інших. Структура їх хімічно дуже складна і далеко не для всіх представників розшифрована, тому і функції до кінця не визначені. На сьогодні відомі лише найпоширеніші, проте значна частина залишається за межами людських знань.