Глобулярные и фибриллярные макромолекулы

Некоторые важные свойства природных макромолекул

Все природные высокомолекулярные соединения являются нелетучими твердыми веществами, не имеющими определенных температур плавления. Большинство из них разрушается при температурах выше 300°. Растворимость высокомолекулярных соединений зависит от их состава и строения. Если высокомолекулярные цепи связаны между собой посредством прочных первичных связей, вещество не может растворяться ни в каких растворителях без разрушения. Иначе говоря, такие полярные макромолекулы, как белки, могут растворяться в полярных растворителях – воде или в водных растворах солей, а неполярные полимеры смешиваются с неполярными растворителями (например, каучук с октаном). Растворы всех высокомолекулярных веществ обладают свойствами коллоидов. Самые большие макромолекулы можно увидеть в электронном микроскопе; они осаждаются в сильном гравитационном поле ультрацентрифуги. По существу, различие между малыми и большими молекулами состоит в том, что если в случае малых молекул свойства вещества сильно изменяются с добавлением или замещением одного атома в молекуле, то для высокомолекулярных веществ это, как правило, не характерно. Например, присоединение двух атомов водорода к молекуле этилена превращает тот углеводород в этан, в то время как присоединение одного изопренового остатка к длинной полипреновой цепи каучука заметно не меняет свойств полимера. Чем больше молекулы, тем меньше их свойства зависят от небольших изменений в размере и химическом составе. Кроме того, высокомолекулярные вещества отличаются от простых низкомолекулярных соединений тем, что первые почти всегда полидисперсны, в то время как последние имеют совершенно одинаковые молекулы (монодисперсны). Макромолекулы даже чистейших природных или синтетических высокомолекулярных соединений не бывают совершенно одинаковыми, они более или менее заметно различаются между собой.

По форме молекул все природные органические высокомолекулярные вещества можно разделить на два больших класса: глобулярные (сферические) и фибриллярные (линейные) [19].

Глобулярные макромолекулы состоят из сильно разветвленных или плотно упакованных цепей, в то время как фибриллярные макромолекулы простираются в основном в одном направлении. Такие линейные макромолекулы длинные и тонкие, подобно волосу или волокнам шерсти. Представители этих классов макромолекулярных веществ заметно различаются по механическим свойствам, а также по растворимости и вязкости растворов. Фибриллярные макромолекулы являются структурными материалами: целлюлоза в растениях, фибриллярные белки в животных организмах. Прочные ткани не могут состоять из глобулярных белков. Однако такие белки широко распространены в живых тканях – они активно участвуют во всех физиологических процессах:

Природные органические макромолекулы
Глобулярные	Фибриллярные
Гликоген	Целлюлоза
Альбумин	Каучук
Гемоглобин	Коллаген
Пепсин	Нуклеиновые кислоты

У глобулярных и фибриллярных макромолекул существует определенное различие в химической устойчивости. Первые относительно устойчивы, последние легко расщепляются, например, следами кислорода. Это обусловлено простотой пространственных структур таких белков: нить разрывается значительно легче, чем плотная спираль.

Фибриллярные макромолекулы очень гибки, и в зависимости от условий их можно свернуть или растянуть до различных размеров. Если растягивать каучук, то его макромолекулы удлиняются и ориентируются. В различных растворителях линейные макромолекулы образуют петли и спирали разных размеров. Более того, их молекулярная конфигурация изменяется под действием температуры, так же как под влиянием градиента течения. Свойства такой высокомолекулярной системы сильно зависят от конфигурации входящих в нее единиц.

Конфигурация глобулярных макромолекул более устойчива, чем фибриллярных. Однако по сравнению с малыми молекулами подобного состава большие молекулы, особенно молекулы белков, не обладают очень устойчивой конфигурацией. Специфическая упаковка и вторичные связи между цепями макромолекул могут легко разрушаться, например, при нагревании, облучении ультразвуком, даже при распределении в поверхностном слое или при сильном встряхивании. В этих условиях исключительно плотная глобулярная структура может нарушаться и макромолекула становится линейной. Иногда активированные глобулярные молекулы не разрушаются, а объединяются в большие линейные или разветвленные сверхструктуры. Нарушение природной конфигурации макромолекул называется денатурацией.

Дата добавления: 2013-12-12