Makromolekulė yra molekulė, kuri turididelė molekulinė masė. Jo struktūra pateikiama pakartotinių nuorodų pavidalu. Apsvarstykite tokių junginių ypatybes, jų reikšmę gyvų būtybių gyvenimui.
Kompozicijos ypatybės
Biologinės makromolekulės susidaro iš šimtų tūkstančių mažų pradinių medžiagų. Gyviems organizmams būdingos trys pagrindinės makromolekulių rūšys: baltymai, polisacharidai, nukleorūgštys.
Pradiniai monomerai jiems yramonosacharidai, nukleotidai, aminorūgštys. Makromolekulė yra beveik 90 procentų ląstelių masės. Atsižvelgiant į aminorūgščių liekanų seką, susidaro specifinė baltymo molekulė.
Tos medžiagos, kurių molinė masė yra didesnė nei 103 Da, laikomos didele molekuline mase.
Termino istorija
Kada atsirado makromolekulė? Šią koncepciją Nobelio chemijos premijos laureatas Hermannas Staudingeris pristatė 1922 m.
Polimero ritė gali būti vertinama kaipsusivėlę siūlai, atsiradę netyčia išvyniojus ritę visame kambaryje. Ši ritė sistemingai keičia savo konformaciją; tai yra makromolekulės erdvinė konfigūracija. Tai panašu į Brauno judėjimo trajektoriją.
Tokio raizginio susidarymas atsiranda dėlkad tam tikru atstumu polimero grandinė „pameta“ krypties informaciją. Apie ritę galima kalbėti, kai didelės molekulės junginių ilgis yra daug didesnis nei struktūrinio fragmento ilgis.
Rutulinė konfigūracija
Makromolekulė yra tanki konformacija, inkurią galite palyginti polimero tūrio dalį su vienetu. Gaubtinė būsena realizuojama tais atvejais, kai abipusis potraukis atsiranda abipusiam atskirų polimerų vienetų veikimui tarp jų ir išorinės aplinkos.
Makromolekulės struktūros kopija yra vandens dalis, kuri yra įtraukta kaip tokios struktūros elementas. Tai yra artimiausia makromolekulės hidratuota aplinka.
Baltymų molekulės apibūdinimas
Baltymų makromolekulės yra hidrofilinėsmedžiagų. Kai vandenyje ištirpsta sausas baltymas, jis iš pradžių išsipučia, tada pastebimas laipsniškas perėjimas į tirpalą. Patinimosi metu vandens molekulės prasiskverbia į baltymą, jungdamos jo struktūrą polinėmis grupėmis. Tuo pačiu metu atlaisvinamas tankus polipeptidinės grandinės pakavimas. Išbrinkusi baltymų molekulė laikoma atvirkštiniu tirpalu. Vėliau absorbuojant vandens molekules, pastebimas baltymų molekulių atskyrimas nuo bendros masės, taip pat vyksta tirpimo procesas.
Bet baltymų molekulės patinimas ne visais atvejais sukelia tirpimą. Pavyzdžiui, kolagenas, absorbavęs vandens molekules, lieka patinęs.
Hidratacijos teorija
Pagal šią teoriją didelės molekulinės masės junginiai nėrapaprasčiausiai adsorbuojamas, įvyksta elektrostatinis vandens molekulių prisijungimas prie aminorūgščių, turinčių neigiamą krūvį, taip pat bazinių aminorūgščių, turinčių teigiamą krūvį, polinių fragmentų.
Iš dalies hidratuotą vandenį suriša peptidų grupės, kurios sudaro vandenilio ryšius su vandens molekulėmis.
Pavyzdžiui, polipeptidai, kurie turinepolinės šoninės grupės. Susietas su peptidų grupėmis, jis išstumia polipeptido grandines. Tarp grandinių tiltų buvimas neleidžia baltymų molekulių visiškai atsieti ir perkelti į tirpalo formą.
Makromolekulių struktūra yra suardoma kaitinant, todėl plyšta ir išsiskiria polipeptidinės grandinės.
Želatinos savybės
Cheminė želatinos sudėtis yra panaši į kolageną, ji su vandeniu sudaro klampų skystį. Tarp būdingų želatinos savybių yra jo gelis.
Šio tipo molekulės naudojamos kaip hemostatiniai ir plazmos pakaitalai. Želatinos gebėjimas formuoti gelius naudojamas gaminant kapsules farmacijos pramonėje.
Makromolekulių tirpumo ypatybė
Šio tipo molekulės skiriasitirpumas vandenyje. Tai lemia aminorūgščių sudėtis. Esant poliarinėms aminorūgštims struktūroje, gebėjimas ištirpti vandenyje žymiai padidėja.
Be to, ši savybė turi įtakos savybeimakromolekulės organizavimas. Rutuliniai baltymai turi didesnį tirpumą nei fibrilinės makromolekulės. Atliekant daugybę eksperimentų, nustatyta ištirpimo priklausomybė nuo naudojamo tirpiklio savybių.
Kiekvienos baltymo molekulės pirminė struktūra yra skirtinga, o tai suteikia baltymui individualių savybių. Kryžminis polipeptidų grandinių sujungimas sumažina tirpumą.
Pirminė baltymų molekulių struktūra susidaro dėl peptidinių (amidinių) ryšių, ją sunaikinus, baltymai denatūruojami.
Druska
Padidinti baltymų molekulių tirpumąnaudokite neutralių druskų tirpalus. Pavyzdžiui, panašiu būdu galite atlikti selektyvų baltymų nusodinimą, jų frakcionavimą. Gautų molekulių skaičius priklauso nuo pradinės mišinio sudėties.
Baltymų, kurie gaunami pasūdant, ypatumas yra biologinių savybių išsaugojimas visiškai pašalinus druską.
Proceso esmė yra anijonų pašalinimas irhidratuoto baltymo apvalkalo druskos katijonai, kurie užtikrina makromolekulės stabilumą. Maksimalus baltymų molekulių skaičius pasūdomas naudojant sulfatus. Šis metodas naudojamas baltymų makromolekulių valymui ir atskyrimui, nes jos labai skiriasi įkrovos dydžiu, hidratacijos apvalkalo parametrais. Kiekvienas baltymas turi savo išsūdymo zoną, tai yra, reikia pasirinkti tam tikros koncentracijos druską.
Amino rūgštys
Šiuo metu yra žinoma apie du šimtus amino rūgščių, kurios yra baltymų molekulių dalis. Priklausomai nuo struktūros, jie yra suskirstyti į dvi grupes:
- proteinogeniniai, kurie yra makromolekulių dalis;
- nėra baltyminis, nedalyvauja aktyviai dalyvaujant baltymų formavime.
Mokslininkams pavyko iššifruoti sekąaminorūgščių daugelyje gyvūninės ir augalinės kilmės baltymų molekulių. Tarp aminorūgščių, kurios gana dažnai randamos baltymų molekulių sudėtyje, pažymime seriną, gliciną, leuciną, alaniną. Kiekvienam natūraliam biopolimerui būdinga sava aminorūgščių sudėtis. Pavyzdžiui, protaminuose yra apie 85 procentai arginino, tačiau jie nėra rūgštinės, ciklinės amino rūgštys. Fibroinas yra natūralaus šilko baltymo molekulė, kurioje yra apie pusė glicino. Kolagene yra tokių retų amino rūgščių kaip hidroksiprolinas, hidroksilizinas, kurių nėra kitose baltymų makromolekulėse.
Aminorūgščių sudėtį lemia ne tik aminorūgščių savybės, bet ir funkcijos, baltymų makromolekulių paskirtis. Jų seka nustatoma pagal genetinį kodą.
Biopolimerų struktūrinio organizavimo lygiai
Yra keturi lygiai: Pirminis, Antrinis, Tretinis ir Ketvirtadienis. Kiekviena struktūra turi savo išskirtines savybes.
Pagrindinė baltymų molekulių struktūra yra linijinė aminorūgščių liekanų polipeptidinė grandinė, sujungta peptidiniais ryšiais.
Būtent ši struktūra yra pati stabiliausia, nes joje yra peptidų kovalentiniai ryšiai tarp vienos aminorūgšties karboksilo grupės ir kitos molekulės amino grupės.
Antrinė struktūra apima polipeptido grandinės sulankstymą, naudojant spiralės formos vandenilio ryšius.
Tretinis biopolimero tipas gaunamas erdvinį polipeptido sulankstymą. Spiralinės ir daugiasluoksnės sulankstytos tretinių struktūrų formos yra suskirstytos.
Rutuliniams baltymams būdinga elipsės forma, o fibrilinėms molekulėms - pailga forma.
Jei makromolekulėje yra tik vienaspolipeptidinė grandinė, baltymas turi tik tretinę struktūrą. Pavyzdžiui, tai yra raumenų audinio baltymas (mioglobinas), reikalingas jungiantis su deguonimi. Kai kurie biopolimerai yra pagaminti iš kelių polipeptidinių grandinių, kurių kiekviena turi tretinę struktūrą. Šiuo atveju makromolekulė turi ketvirtinę struktūrą, susidedančią iš kelių rutulių, sujungtų į didelę struktūrą. Hemoglobinas gali būti laikomas vieninteliu ketvirtiniu baltymu, kuriame yra apie 8 procentai histidino. Tai jis yra aktyvus eritrocitų viduląstelinis buferis, leidžiantis palaikyti stabilią kraujo pH vertę.
Nukleino rūgštys
Tai yra didelės molekulinės masės junginiaikuriuos suformuoja nukleotidų fragmentai. RNR ir DNR yra visose gyvose ląstelėse, būtent jie atlieka paveldimos informacijos saugojimo, perdavimo ir realizavimo funkciją. Monomerai yra nukleotidai. Kiekviename iš jų yra likusios azoto bazės, angliavandenių ir fosforo rūgšties. Tyrimai parodė, kad skirtingų gyvų organizmų DNR laikomasi papildomumo principo. Nukleorūgštys tirpsta vandenyje, bet netirpsta organiniuose tirpikliuose. Šie biopolimerai sunaikinami pakilus temperatūrai, ultravioletiniams spinduliams.
Užuot baigę
Be įvairių baltymų ir nukleorūgščių,makromolekulės yra angliavandeniai. Polisacharidų sudėtyje yra šimtai monomerų, kurie turi malonų saldų skonį. Kaip makromolekulių hierarchinės struktūros pavyzdžius galima nurodyti didžiules baltymų ir nukleorūgščių molekules su sudėtingais subvienetais.
Pavyzdžiui, rutulio erdvinė struktūrabaltymų molekulė yra aminorūgščių hierarchinės daugiapakopės organizavimo pasekmė. Tarp atskirų lygių yra glaudus ryšys, aukštesnio lygio elementai yra susieti su apatiniais sluoksniais.
Visi biopolimerai atlieka svarbią ir panašią funkciją.Jie yra gyvų ląstelių statybiniai elementai, jie yra atsakingi už paveldimos informacijos saugojimą ir perdavimą. Kiekvienam gyvam padarui būdingi specifiniai baltymai, todėl biochemikams tenka sunki ir atsakinga užduotis, kurią išsprendę jie išgelbėja gyvus organizmus nuo tikros mirties.
