Как моносахариды объединяются в полимеры. Фруктоза содержится в меде, спелых сладких фруктах и овощах. Перед усвоением глюкозы, организм должен сначала конвертировать фруктозу в глюкозу. Четыре структуры белка
1Основные типы биополимеров
Углеводы
Мономеры углеводов – простые сахара или моносахариды. Чаще всего это глюкоза и фруктоза. Самая важная функция моносахаридов – обеспечение организма энергией. В живых клетках простые сахара расщепляются до двуокиси углерода и воды , что сопровождается высвобождением энергии. Эту энергию клетки используют для своих разнообразных нужд.
Глюкоза – это базовая форма, которая хранится в человеческом организме, как запас энергии в виде гликогена в мышцах и печени. В природе глюкоза содержится в сладких фруктах и овощах: винограде, ягодах, апельсинах, моркови, кукурузе. Глюкоза также производится в промышленном масштабе. Пример – кукурузный сироп
Фруктоза содержится в меде , спелых сладких фруктах и овощах. Перед усвоением глюкозы, организм должен сначала конвертировать фруктозу в глюкозу.
Строение молекулы глюкозы Линейная форма глюкозы: СНОСН(ОН)СН(ОН)СН(ОН)СН(ОН)СН2(ОН)
Глюкоза преимущественно существует в циклическом виде. Известны a- и b-формы циклической глюкозы, различающиеся ориентацией гидроксила при С-1:
Простые сахара могут соединяться друг с другом, образуя дисахариды
Сахароза – столовый сахар, получаемый из сахарной свеклы , тростника, а также коричневый сахар, черная патока. Содержится в небольшом количестве в овощах и фруктах.
Лактоза – молочный сахар, единственный углевод животного происхождения, поэтому очень важный в питании человека. Содержание лактозы в молоке зависит от вида молока и варьируется от 2 до 8%.
Мальтоза - солодовый сахар , формируется в процессе образования солода и ферментации винограда. Присутствует в пиве, мюслях и детском питании, обогащенных мальтозой.
Полимер очень подходит для применений, которые должны поддерживать нагрузку, такую как швы и ортопедические крепления. Это преобразование связано с потерей механических свойств. Его основной вклад в медицинские применения и упаковка для сельского хозяйства.
Это полимер с низкой вязкостью и легко обрабатываемый. Среди его основных применений - его использование в швах, клеях, поверхностных покрытиях и т.д. Критерии биоразлагаемости. Общий критерий выбора полимера в качестве биоразлагаемого материала учитывает как требуемые механические свойства, так и время деградации, необходимое для конкретного применения. Характеристики этих двух параметров.
Липиды
Липиды разнообразны по структуре и по соотношению входящих в них элементов. Однако все они имеют общее свойство – все они неполярны. Они растворяются в хлороформе и эфирах, но практически нерастворимы в воде. Благодаря этому свойству липиды являются важнейшими компонентами мембран.
Липиды –главная форма хранения энергии в животном организме, хранятся в концентрированном виде (без воды). Любое избыточное количество сахара, не израсходованное сразу , быстро превращается в жир. Существует три группы липидов:
Триглицеролы (или триглицериды) – это молекулы, образованные в результате присоединения трех остатков жирных кислот к одной молекуле трехатомного спирта глицерола.
В этой группе различают жиры и масла. Жиры при комнатной температуре остаются твердыми, а масла сохраняют жидкую консистенцию. В маслах содержится больше ненасыщенных жирных кислот.
Фосфолипиды – сходны с триглицеролами, но в них один или два остатка жирных кислот замещены группами , содержащими фосфор. Фосфолипиды являются важнейшими компонентами биологических мембран.
Стероиды – это липиды, в основе которых лежит основа из четырех колец. У различных стероидов к этому основному скелету присоединяются боковые группы. К стероидам относится ряд гормонов (половые гормоны, кортизон). Стероид холестерол – важный компонент клеточных мембран у животных, но его избыток в организме может привести к образованию желчных камней и к заболеваниям сердечно-сосудистой системы.
Характеристики полимера: наличие химических связей, чувствительных к гидролизу, гидрофильности, стереохимии, молекулярной массе, кристалличности, удельной поверхности, температуре стеклования и температуре плавления. Характеристики микроорганизмов: количество, разнообразие, источник, активность.
Среди основных механизмов деградации полимера приняты пять основных. Фотодеградация: включает физические и химические изменения, которые происходят в полимере из-за облучения материала ультрафиолетовым или видимым светом; фоторазлагаемые полимеры могут быть получены путем введения функциональных групп, чувствительных к ультрафиолетовому излучению, в их структуру или путем введения добавок, катализаторов и светочувствительных пероксидизаторов, которые ускоряют процесс деградации.
Строение молекулы холестерола
Белки
В состав белка входят углерод, кислород, водород и азот. Некоторые белки содержат еще и серу. Роль мономеров в белках играют аминокислоты.
У каждой аминокислоты имеется карбоксильная группа (-СООН) и аминогруппа (-NH2).
В белках встречаются 20 обычных видов аминокислот.
Функции белков – ферментативная, строительная (мембраны), энергетическая , двигательная, защитная и регуляторная.
Для белков характерны четыре структуры:
Первичная – полипептид, длинная цепь, содержащая от 100 до 300 аминокислот, образуется за счет пептидных связей.
Вторичная – образуется в результате формирования водородных связей между соседними пептидными связями. При формировании вторичной структуры молекула белка упаковывается либо в левозакрученную спираль, либо в бета-конфигурацию , характерную для белков, выполняющих строительную функцию.
Третичная формируется в результате образования 4-х видов связей: водородных, ионных взаимодействий, образования дисульфидных мостиков и гидрофильно-гидрофобных связей (Ван-Дер-Валя).
Существует глобулярная и фибрилярная третичные структуры. Третичная структура для большинства белков является рабочей, т.к. она энеогетически более выгодна.
Некоторые белки формируют четвертичную структуру – она представляет собой комплексы белков и других органических веществ. Формирующие силы такие же как и у третичной структуры.
Денатурация белка
Это потеря биологической активности белков при разрыве слабых связей , разрушение нативной (природной) структуры белка под действием денатурирующих агентов: высокой температуры, УФО, кислот, щелочей, ионов тяжелых металлов. Денатурация бывает обратимая (ренатурация) и необратимая.
Четыре структуры белка
Строение, примеры и функции углеводов
Углеводы - органические соединения, состав которых в большинстве случаев выражается общей формулой C n (H 2 O) m (n и m ≥ 4). Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Механическая деградация: она вызвана усилиями, которым подвергается материал, поскольку они обычно сопровождаются неработающими звеньями в основной цепи. Термическая деградация: относится к случаям, когда полимер при высоких температурах подвергается химическим изменениям без вклада какого-либо другого фактора, кроме тепловой энергии. Как правило, трудно отличить термическую деградацию и термохимию, поскольку полимер редко находится в чистом состоянии, а примеси или добавки могут реагировать с полимерной матрицей, если температура достаточно велика.
Моносахариды - простые углеводы, в зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы (3), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и гептозы (7 атомов). Наиболее распространены пентозы и гексозы. Свойства моносахаридов - легко растворяются в воде, кристаллизуются, имеют сладкий вкус, могут быть представлены в форме α- или β-изомеров.
В последние годы мы изучаем термостабильные полимеры, в которых нет потери свойств с температурой. Способ их достижения - увеличение жесткости полимера или увеличение кристалличности; это достигается за счет включения жестких групп в основной цепи или со стереорегулярными полимерами, которые увеличивают температуру размягчения.
Химическая деградация: относится исключительно к процессам, в которых деградация индуцируется. Прикосновение полимера к реактивным химикатам. В этих случаях наблюдается большая конверсия, хотя и только при высоких температурах из-за энергии активации указанных реакций. Одним из наиболее частых видов химического разложения является гидролитическое разложение, в котором причиной разложения является контакт материала с водной средой; проникновение воды в полимерную матрицу вызывает набухание, разрушение межмолекулярных водородных мостиков, гидратацию молекул и, наконец, гидролиз неустойчивых связей.
Рибоза и дезоксирибоза относятся к группе пентоз, входят в состав нуклеотидов РНК и ДНК, рибонуклеозидтрифосфатов и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов и др. Дезоксирибоза (С 5 Н 10 О 4) отличается от рибозы (С 5 Н 10 О 5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.
Глюкоза, или виноградный сахар (С 6 Н 12 О 6), относится к группе гексоз, может существовать в виде α-глюкозы или β-глюкозы. Отличие между этими пространственными изомерами заключается в том, что при первом атоме углерода у α-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца, а у β-глюкозы - над плоскостью.
Деградация микроорганизмами: указанные микроорганизмы продуцируют широкий спектр ферментов, которые способны реагировать с синтетическими и природными полимерами. Ферментативная атака материала представляет собой химический процесс, вызванный необходимостью найти пищу микроорганизмами.
В таблице 1 показаны некоторые из основных компаний, которые используют биодеградируемые полимеры с коммерческой точки зрения. Биодеградируемые полимеры имеют широкий спектр применений в области упаковки, которые собираются графически на диаграмме рисунка.
Глюкоза - это:
- один из самых распространенных моносахаридов,
- важнейший источник энергии для всех видов работ, происходящих в клетке (эта энергия выделяется при окислении глюкозы в процессе дыхания),
- мономер многих олигосахаридов и полисахаридов,
- необходимый компонент крови.
Фруктоза, или фруктовый сахар , относится к группе гексоз, слаще глюкозы, в свободном виде содержится в меде (более 50%) и фруктах. Является мономером многих олигосахаридов и полисахаридов.
Преимущества биодеградируемых полимеров в защите окружающей среды. Основные преимущества в ключе экологической стратегии биодеградируемых полимеров в отношении обычных пластмасс приведены в таблице. В ней вы можете увидеть сравнение воздействия на окружающую среду на этапе производства и обработки отходов.
Другим важным фактом, который необходимо подчеркнуть в отношении окружающей среды, является то, что использование биодеградируемых полимеров обеспечивает меньшее потребление невозобновляемой энергии по сравнению с обычными пластиками. Это видно на рисунке 6, на котором показана диаграмма, в которой подробно описывается потребление энергии для различных случаев обоих типов пластмасс.
Олигосахариды - углеводы, образующиеся в результате реакции конденсации между несколькими (от двух до десяти) молекулами моносахаридов. В зависимости от числа остатков моносахаридов различают дисахариды, трисахариды и т. д. Наиболее распространены дисахариды. Свойства олигосахаридов - растворяются в воде, кристаллизуются, сладкий вкус уменьшается по мере увеличения числа остатков моносахаридов. Связь, образующаяся между двумя моносахаридами, называется гликозидной .
Издание Вудхеда ограничено, Кембридж, Англия. Изучение производства термопластиков и волокон, основанных главным образом на биологических материалах. Деградация полимера. Принципы и практические применения. Датчики на основе циклодекстрина. Из-за интереса к созданию зондирующих систем или окислительно-восстановительных переключателей молекулярной или супрамолекулярной природы, которые можно контролировать с помощью внешних раздражителей, синтез соединений, содержащих сайты ферроцена и молекулярного распознавания, был в центре внимания в последние годы.
Сахароза, или тростниковый, или свекловичный сахар , - дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы. Содержится в тканях растений. Является продуктом питания (бытовое название - сахар ). В промышленности сахарозу вырабатывают из сахарного тростника (стебли содержат 10–18%) или сахарной свеклы (корнеплоды содержат до 20% сахарозы).
Структурные и химические характеристики ферроцена делают его ключевым элементом для построения и проектирования молекулярных переключателей и окислительно-восстановительных датчиков посредством их сопряжения с молекулами, участвующими в процессах молекулярного распознавания.
Глюкоза - это
Молекулярные транспортные системы на основе циклодекстрина. «Кластеры» или кластеры углеводов на простых молекулярных платформах, поверхностях, линейных полимерах или связаны с терминальными группами дендримеров, являются и были в центре внимания многих исследователей в областях, от синтеза до биологических и фармацевтических приложений. Этот интерес к кластерам и дендримерам гликозидов связан с попыткой применить так называемый кластерный или многовалентный гликозидный эффект. Согласно этому эффекту группы копий углеводных лигандов - многовалентные лиганды - взаимодействуют с их рецепторными белками более сильным и более селективным образом, чем сумма взаимодействий каждого из лигандов с их рецепторами.
Мальтоза, или солодовый сахар , - дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Присутствует в прорастающих семенах злаков.
Лактоза, или молочный сахар , - дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и галактозы. Присутствует в молоке всех млекопитающих (2–8,5%).
Полисахариды - это углеводы, образующиеся в результате реакции поликонденсации множества (несколько десятков и более) молекул моносахаридов. Свойства полисахаридов - не растворяются или плохо растворяются в воде, не образуют ясно оформленных кристаллов, не имеют сладкого вкуса.
Это явление вездесущее по своей природе и может наблюдаться во множестве важных биологических функций. Если гликоклактер также обладает способностью инкапсулировать молекулы хоз ина, в частности лекарственные средства, может быть возможно разработать молекулярную транспортную систему, котора позвол ет доставлять лекарство нековалентным образом конкретному биологическому рецептору.
Электрохимические датчики на основе углеводов. Ковалентное присоединение электроактивных групп с молекулами, содержащими сайты связывания для молекулярного распознавания, является способом создания окислительно-восстановительных переключателей и датчиков, управляемых внешними стимулами. Ферроценовый металлоцен отвечает необходимым требованиям, чтобы стать хорошей составляющей для построения этих молекулярных устройств: ферроцен очень чувствителен к моноэлектронному окислению, который может контролироваться химически и электрохимически, устойчив в водных растворах и в большинстве реакционных условиях применяемых в синтезе.
Крахмал (С 6 Н 10 О 5) n - полимер, мономером которого является α-глюкоза. Полимерные цепочки крахмала содержат разветвленные (амилопектин, 1,6-гликозидные связи) и неразветвленные (амилоза, 1,4-гликозидные связи) участки. Крахмал - основной резервный углевод растений, является одним из продуктов фотосинтеза, накапливается в семенах, клубнях, корневищах, луковицах. Содержание крахмала в зерновках риса - до 86%, пшеницы - до 75%, кукурузы - до 72%, в клубнях картофеля - до 25%. Крахмал - основной углевод пищи человека (пищеварительный фермент - амилаза).
В нашей лаборатории мы исследовали методы синтеза моновалентных и многовалентных ферроцен-углеводных конъюгатов и изучили их сродство к модельным рецепторам и лектинам. Свойства молекулярного распознавания этих неоконъюгатов и их полезность в качестве электрохимических датчиков изучаются с использованием калориметрических методов, ядерного магнитного резонанса и электрохимических методов.
Другая важная часть работы, разработанной группой, основана на применении биофизических методов для знания функции белков посредством исследований молекулярного распознавания с использованием биологически активных молекул. В этих исследованиях надлежащим образом биохимические методологии сочетаются с другими химически-физическими. Белки представляют собой биологические макромолекулы, образованные единицами, называемыми аминокислотами, и играют очень важную роль в функционировании любого организма.
Гликоген (С 6 Н 10 О 5) n - полимер, мономером которого также является α-глюкоза. Полимерные цепочки гликогена напоминают амилопектиновые участки крахмала, но в отличие от них ветвятся еще сильнее. Гликоген - основной резервный углевод животных, в частности, человека. Накапливается в печени (содержание - до 20%) и мышцах (до 4%), является источником глюкозы.
Пространственная структура белка тесно связана с его специфической функцией. Функция, выполняемая каждым белком, может регулироваться взаимодействием с другими белками или с различными типами молекул с низким молекулярным весом, называемыми лигандами, функция которых может быть разнообразной, способной действовать как активаторы, ингибиторы или как кофакторы, которые иногда необходимы для их биологической активности, В большинстве случаев взаимодействия белок-лиганд обычно обратимы. Знание природы этих взаимодействий действительно важно при разработке лигандных структур с эффективной способностью оказывать желаемое воздействие на целевое действие.
Целлюлоза (С 6 Н 10 О 5) n - полимер, мономером которого является β-глюкоза. Полимерные цепочки целлюлозы не ветвятся (β-1,4-гликозидные связи). Основной структурный полисахарид клеточных стенок растений. Содержание целлюлозы в древесине - до 50%, в волокнах семян хлопчатника - до 98%. Целлюлоза не расщепляется пищеварительными соками человека, т.к. у него отсутствует фермент целлюлаза, разрывающий связи между β-глюкозами.
Изучение взаимодействия лиганд-белок также облегчает понимание транспортных процессов экзогенных веществ и позволяет устанавливать правила для разработки новых лекарств. Одна из целей нашего исследования основана на увеличении знаний о термодинамических факторах, связанных с взаимодействием белок-лиганд. В разработке этого исследования объединяются биофизические методы и молекулярная биология. Характеристика межмолекулярного взаимодействия основана на оценке специфичности и силы взаимодействия.
Межмолекулярные взаимодействия могут быть проанализированы макроскопически или на уровне атомного разрешения. В качестве альтернативы спектроскопические и калориметрические методы используются для проведения глобальной термодинамической характеристики.
Инулин - полимер, мономером которого является фруктоза. Резервный углевод растений семейства Сложноцветные.
Гликолипиды - комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и липидов.
Гликопротеины - комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и белков.
Глобальная характеристика межмолекулярной реакции связана с определением стехиометрии и изменением термодинамических потенциалов между начальным и конечным состоянием: аффинностью, энергией Гиббса, энтальпией и энтропией объединения. Таким образом, эти методы обеспечивают энергетическое описание взаимодействия.
Кроме того, изменяя экспериментальные переменные и изменяя взаимодействующие молекулы, можно получить информацию об атомных взаимодействиях, которые определяют процесс связывания. Спектроскопические методы позволяют определить аффинность связывания. Калориметрические методы особенно подходят для характеристики энергии, поскольку прямое наблюдение - это теплота реакции, переменная, которая присутствует в любой химической реакции. По этой причине калориметры классифицируются как универсальные детекторы.
Функции углеводов
