Біополі мери

Білки – це високомолекулярні азотовмісні органічні сполуки, побудовані з залишків амінокислот.

Розрізняють 4 рівня структурної організації білків: первинна, вторинна, третинна, четвертинна структура.

Первинна структура - це лінійний ланцюг амінокислот, які розташовані в певній послідовності і сполучених між собою пептидними зв’язками.

Вторинна структура - це різні типи упаковки поліпептидного ланцюга (розміщення в просторі первинної структури).

α – спіраль (у глобулярних білків),

β – складчаста структура (у фібрилярних білках). //////////////

Третинна структура - це розташування в просторі поліпептидного ланцюга /одної субодиниці-білка/, (розміщення в просторі вторинної структури).

Четвертинна структура - це розташування в просторі декількох субодиниць - білків в одну молекулу (розміщення в просторі третинної структури).

Денатурація – це втрата білком йогофункціональної активності та порушення його структури.

Види денатурації:

- зворотна;

- незворотна.

Зворотна денатурація відбувається під дєю нейтральних солей (натрію хлориду) і проходять такі зміни:

- зникає заряд молекули білка;

- зникає гідратна оболонка

- при усуненні дії денатуруючого фактора білок відновлює свої властивості.

Незворотна денатурація відбувається під дією солей важких металів, високої температури, високих до з опромінення, лугів і проходять такі зміни:

- зникає заряд молекули білка;

- зникає гідратна оболонка;

- руйнується четвертинна і третинна структура;

- при усуненні дії денатуруючого фактора білок не відновлює свої властивості.

Нуклеїнові кислоти – це лінійні полімери, які складаються з великого числа нуклеотидів (до яких входять залишки пуринових і піримідинових основ, вуглеводи – пентози, залишок ортофосфатної кислоти).ДНК – у ядрі клітини, РНК – як у ядрі, так і у цитоплазмі.

Вуглеводи – альдегіди або кетони багатоатомних спиртів.

Полісахариди – високомолекулярні вуглеводи, які складаються з сотень або тисяч залишків моносахаридів (глюкози, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза) зв’язаних глікозидними зв’язками.

Ліпіди – біополімери, які складаються з мономерів – гліцерину та жирних кислот.

ВЛАСТИВОСТІ РОЗЧИНІВ ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНИХ СПОЛУК

Усі полімери внаслідок великої молекулярної маси не литкі. Для ВМС характерний тільки конденсований стан- твердий і рідкий. Твердому агрегатному стану полімеру відповідають два фазові стани: кристалічний (поліетилен, поліаміди) і аморфний (целюлоза, каучуки). Залежно від температури аморфні лінійні полімери можуть знаходитись у трьох фізичних станах: склоподібному, високо еластичному і в’язкотекучому.

Висока еластичність – це одна з специфічних властивостей полімерів (еластин, абдиктин).

Морозостійкість (натуральний каучук).

Пластичність – властивість тіл необоротно змінювати свою форму і розміри під дією механічних навантажень.

Гнучкість – головна відмінність лінійної ланцюгової молекули, забезпечує їх здатність: згортатись у клубок, до великих оборотних деформацій.

Дуалізм властивостей. Механічна міцність.

Високомолекулярні сполуки мають здатність розчинятись у тому чи іншому розчиннику, утворюючи розчини ВМС. При цьому залежно від спорідненості ВМС до розчинника можуть утворюватися як істинні (коли полярність розчинника відповідає полярності ВМС) так і колоїдні розчини (при невідповідності полярності розчинника і ВМС утворюються золі або дисперсії).

З одного боку, розчини ВМС виявляють усі ознаки, властиві істинним розчинам:

- утворюються самочинно при простому змішуванні компонентів;

- є термодинамічно стійкими системами, які здатні існувати тривалий час без стабілізаторів;

- є гомогенними системами, у яких розчинена речовина знаходиться у вигляді макромолекул, де немає чіткої поверхні поділу з розчинником;

- можуть бути, як молекулярними, так і йонними (природа заряду пов’язана із природою функціональних груп, які входять до їх складу);

- для розчинів характерна оборотність, тобто самочинне розчинення сухого залишку ВМС при додаванні розчинника.

З іншого боку, через те, що розміри макромолекул ВМС відповідають розмірам колоїдних частинок (10^-7-10^{-9 м), розчини ВМС виявляють також властивості дисперсних систем, і для них характерні:}

- мала швидкість дифузії макромолекулі і, як результат, повільний перебіг усіх процесів;

- нездатність макромолекул проходити крізь напівпроникні мембрани, тобто здатність до діалізу та ультрафільтрації;

- здатність розсіювати світло;

- велика структурована в’язкість;

малий осмотичний тиск, навіть за великих концентрацій ВМС.

5. Набрякання полімерів

Початковим етапом розчинення полімерів є набрякання.

Набрякання – це самочинний процес вбирання високомолекулярною речовиною великих кількостей низькомолекулярної рідини, який супроводжується значним збільшенням об’єму та маси полімеру.

Розрізняють дві стадії набрякання. На першій стадії невелика кількість молекул розчинника дифундує у ВМС, він заповнює проміжки між макроланцюгами і сольватує певні групи полімеру. Стадія сольватації супроводжується виділенням теплоти, яку називають теплотою набрякання.

Друга стадія набрякання, яка не супроводжується виділенням теплоти, характеризується значним збільшенням маси і об’єму полімеру внаслідок осмотичного всмоктування великої кількості розчинника. При цьому слабшають зв’язки між окремими макромолекулами, збільшується число їх можливих конформацій і відбувається змішування деякої кількості великих і гнучких макромолекул із молекулами розчинника.

Якщо для полімеру характерне обмежене набрякання, то процес розчинення закінчується однією із стадій набрякання і веде до утворення еластичних драглів.

Якщо для розриву міжмолекулярних зв’язків необхідна робота, менша за енергією сольватації, то набрякання буде необмеженим, тобто самочинно закінчуватиметься повним розчиненням полімеру з утворенням однофазної системи (альбуміни, желатина у гарячій воді, сирий каучук у бензині, нітроцелюлоза в ацетоні, целюлоза в купрум-амонійному розчині).

Ступінь набрякання (α) виражають масою або об’ємом рідини, що вбирається одиницею маси або об’єму полімеру і обчислюють за формулами:

m – m_o m_p V- V_o V_p α= ——— = —, або α = —— = —, m_o m_o V_o V_o

m_o – маса зразка полімеру до набрякання;

V_o – об’єм зразка полімеру до набрякання;

m - маса набряклого полімеру;

V – об’єм набряклого полімеру;

m_p - маса розчинника;

V_p - об’єм розчинника.

Ступінь набрякання обчислюють за формулами:

V _o - V см³ V_о - V α= —————, або α = —— 100 %, m г m

Здатність полімерів до набрякання зумовлюють наступні чинники:

- природа полімеру та розчинника (якщо ланки ланцюга полімеру і молекули розчинника близькі за полярністю, то відбувається набрякання);

- молекулярна маса полімеру (із збільшенням молекулярної маси у полімер гомологічному ряді здатність до розчинення в одному і тому самому розчиннику зменшується);

- температура (із підвищенням температури ступінь набрякання збільшується, тому що при цьому посилюється рух частинок і підвищення температури сприяє розпушуванню внутрішніх структур);

- рН середовища (вплив рН середовища на набрякання добре вивчений для білків)

Амінокислоти у водному середовищі існують переважно в йонній формі. У нейтральному середовищі (рН=7) вони являють собою нейтральний біполярний йон (цвіттер-йон), у кислому – позитивно заряджений йон (катіон), у лужному – негативно заряджений йон (аніон).

- Електроліти. На набрякання в основному впливають аніони нейтральних солей і дуже незначно – катіони, причому одні аніони посилюють набрякання, а інші – пригнічують його. За впливом на прцес набрякання білків аніони розміщені в ліотропний ряд Гофмейстера:

SCN^- > I^- > Br^- > NO₃^- > Cl^- > CH₃COO^- > ClO₄^- > SO₄ ^2-

Посилюють не впливають зменшують

набрякання на набрякання набрякання

- ступінь подрібнення. Чим більший ступінь подрібнення, тим більша поверхня стику полімеру зрозчинником, завдяки чому прискорюється проникнення молекул низькомолекулярної рідини всередину ВМС.

Амфотерні властивості білків визначаються наявністю в білковій молекулі кислих та основних амінокислот. Білки, що містять більше кислих амінокислот (глутамінова, аспарагінова кислоти) набувають кислотних властивостей, а основні амінокислоти (лізин, аргінін, гістидин) надають білкам лужних властивостей. Карбоксильні та аміногрупи згаданих вище амінокислот визначають здатність білка набувати певного заряду в залежності від рН середовища.

6. Ізоелектрична точка

Значення рН середовища, в якому сумарний електричний заряд молекули дорівнює нулю (молекула електронейтральна) називають ізоелектричною точкою (білок не переміщується в електричному полі).

Амінокислотний склад білків визначає ізоелектричну точку. Для більшості білків ізоелектрична точка знаходиться у слабокислому середовищі (рН 4,8 – 5,4).

Дата добавления: 2014-01-15