ТЕМА ДОКЛАДА: ОСНОВНЫЕ ТИПЫ БИОПОЛИМЕРОВ И ИХ ФУНКЦИИ Полимеры – это обширный класс органических соединений. Это вещества с высокой молекулярной массой до нескольких миллионов, макромолекулы которых состоят из большого числа одинаковых повторяющихся звеньев. На слайде представлен пример полимера – полиэтилентерефталат. Основой всех органических соединений служит углерод. Он может вступать в связь со многими атомами и их группами, образуя цепочки, различные по химическому составу, строению, длине и форме, образуя сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Эти органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов, получили название биологические полимеры, или биополимеры – полимеры, которые встречаются в природе в естественном виде и входят в состав живых организмов. К биополимерам относятся классы органических соединений, такие как белки, нуклеиновые кислоты, углеводы – полисахариды. Белки – это высокомолекулярные соединения, состоящие из альфааминокислот, соединенных в цепочку пептидными связями. Различают 4 уровня организации белков: первичная, вторичная, третичная, четвертичная. На слайде представлены основные функции белков: двигательная, защитная, строительная, запасающая, ферментативная, гормональная, регуляторная, транспортная, сигнальная, энергетическая. Нуклеиновые кислоты или полинуклеотиды – высокомолекулярные соединения, образованные остатками нуклеотидов. К нуклеиновым кислотам относятся всеми известные ДНК ( дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). Нуклеотид содержит в своем составе остаток ортофосфорной кислоты, остаток углевода ( рибоза или дезоксирибоза) и азотистое основание ( аденин, цитозин, тимин, урацил). Важной функцией нуклеиновых кислот является хранение и передача наследственной информации. Более подробно о белках и нуклеиновых кислотах было рассмотрено на лекции. Остановимся более подробно на некоторых представителях полисахаридов. Полисахариды – высокомолекулярные соединения – углеводы, молекулы которых представляют собой длинные линейные или разветвленные цепочки моносахаридных остатков, соединенные гликозидной связью. Самыми известными полисахаридами являются крахмал и целлюлоза, с данным веществами знакомятся еще в школе. Крахмал – порошок белого цвета, нерастворимый в воде. Мономером крахмала является альфа-Д-глюкоза, молекулы которых соединены гликозидными связями α(1-4). Крахмал широко используется в пищевой промышленности. Являясь продуктом фотосинтеза , широко распространен в природе. Для растений он является запасом питательных веществ и содержится в основном в плодах, семенах и клубнях. Целлюлоза – полисахарид. Молекулы состоят из остатков β-Д-глюкозы, соединенных гликозидными связями β(1-4). Белое твердое вещество, нерастворимое в воде. Является одним из основных компонентов клеточных стенок растений. Гликоген – полисахарид, образованный остатками α-Д-глюкозы, соединенными гликозидными связями α(1-4) и α(1-6) в местах разветвления. В клетках животных служит основным запасным углеводом и основной формой хранения глюкозы. Откладывается в цитоплазме в клетках многих типов ( главным образом печени и мышц). Гликоген иногда называют животным крахмалом. Он отличается от крахмала более разветвленной структурой, не дает синее окрашивание с йодом. Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы. Гликогеновый запас не столь емок в калориях на грамм, как запас жиров. Содержание гликогена в печени может составить 5-6% от массы печени, а в мышцах около 1%. Запасы гликогена в силу своей легкодоступности служат главным источником энергии для работающей мускулатуры. Однако запасы этого полисахарида ограничены. Результатом недостатка может быть усталость, снижение иммунитета и повышение риска заболеваний. Хитин – природное соединение из группы азотсодержащих полисахаридов. Это полимер с молярной массой около 260000 из остатков N-ацетилглюкозамина, связанных между собой β(1-4) гликозидными связями. Химическое название: полиN-ацетил-D-глюкозо-2-амин.Представляет собой твердое бесцветное вещество, не растворимое в воде и полярных органических растворителях. Хитин- один из наиболее распространенных в природе полисахаридов – каждый год на Земле в живых организмах образуется и разлагается около 10 млрд тонн хитина. Это основной компонент экзоскелета членистоногих и ряда других беспозвоночных, входит в состав клеточной стенки грибов. Выполняет защитную и опорную функцию, обеспечивая жесткость клеток. Декстран – полисахарид, разветвленный полимер глюкозы. Главная цепь состоит из молекул связанных связью α(1-6), а боковые ветви присоединены связями α(1-3). Был впервые выделен как микробный продукт в вине. Синтезируется из сахарозы некоторыми уксуснокислыми бактериями. Крайне обильно декстран представлен в зубном налете. Нашел применение в медицине как антитромботик для снижения вязкости крови. Гепарин – серосодержащий полисахарид гликозаминогликан, впервые выделен из печени. Его молекула представлена цепочкой из повторяющихся дисахаридов – α-Д-глюкозамин и уроновая кислота, соединенные 1-4 гликозидными связями. Большинство остатков α-Д-глюкозамина сульфатировано по амино- и гидроксильной группе. Синтезируется в тучных клетках, скопления которых находятся в органах животных, особенно в печени, легких и стенках сосудов. Применяется для профилактики и лечения тромбоэмболических заболеваниях. Инулин – органическое вещество, полисахарид Д-фруктозы. Порошок легко растворимый в горячей воде и трудно в холодной. Имеет сладкий вкус. Молекула инулина – цепочка из 30-35 остатков фруктозы в фуранозной форме. Молекулярная масса полисахарида 5000-6000. Инулин служит запасным углеводом, встречается во многих растениях, главным образом семейства сложноцветных. Добывают из цикория, из топинамбупа и из агавы. Инулин не переваривается пищеварительными ферментами организма человека и относится к группе пищевых волокон. Применяется в качестве пребиотика, а также пищевых подсластителях. Пектин – полисахарид, образованный остатками галактуроновой кислоты. Присутствует во всех высших растениях, особенно во фруктах. Пектины повышают засухоустойчивость растений, устойчивость овощей и фруктов при хранении. Используется в пищевой промышленности в качестве загустителей, в медицинской промышленности – в качестве физиологически активных веществ. Пектин представ- ляет собой природное соединение. Он содержится в различных количествах во фруктах и овощах. Наиболее богаты пектином: свекла, морковь, перец, тыква, яблоки, слива, груши, цитрусовые. Гиалуроновая кислота – несульфированный гликозамиогликан. Гиалуроновая кислота является главным компонентов синовиальной жидкости ( жидкость, которая заполняет полость в суставах), отвечающим за ее вязкость. Также она входит в состав кожи, где участвует в регенерации ткани. Гиалуроновая кислота представляет собой поли-(2-ацетамидо-2-дезокси-Д-глюко)-Д-глюкуроногликан, то есть полимер, состоящий из остатков Д-глюкуроновой кислоты и Д-N-ацетилглюкозамина., соединенных поочередно β(1-4) и β(1-3) гликозидными связями. Природная гиалуроновая кислота имеет молекулярную массу от 5000 до 20 млн. , а кислота, содержащаяся в синовиальной жидкости имеет среднюю молекулярную массу 3 млн. Применяется в медицине для лечения заболеваний, связанные с кожей, хрящами. Используется в косметологии как составная часть средств ухода за кожей. Применяется в офтальмологии в препаратах искусственной слезы. Влияние экологии В феврале 2020 года в г. Кемерово в сезон морозов, когда люди, проживающие в частном секторе топят печи; автомобилисты ездят на своих авто; химические предприятия работают и выделяют в атмосферу химические вещества, специалисты Роспотребнадзора зафиксировали превышение ПДК в 16 раз опасного канцерогена и мутагенного вещества – бензапирена. Это представитель полициклических углеводородов, образуется при сгорании топлива. При пропадании бензапирена в организм, он начинает встраиваться в молекулу ДНК. Бензапирен расширяет двойную спираль, раскручивается и появляется новая испорченная ДНК, которая является генетической модификацией, приводящая к мутациям. Мутации – устойчивое изменение ДНК, происходящее под влияем внешних и внутренних изменений.
