Биополимеры

Биополимеры выполняют в организме важные функции — управление обменом веществ (белки), передача и хранение генетической информации (нуклеиновые кислоты), защитные и энергетические функции (полисахариды) и т. д. В ряде случаев более сложные и специфические функции выполняют смешанные полимеры, — углеводопептиды (иммуноспецифические вещества), нуклеотидпептиды и др. Биополимеры, как правило, имеют сравнительно простую основу (например, полирибозофосфатную цепь в нуклеиновых кислотах, полипептидную в белках). Функциональная информация зафиксирована в первичной структуре, т. е. зависит от последовательности нуклеиновых оснований (в нуклеиновых кислотах) или аминокислотных остатков (в белках). Первичная структура определяет вторичную и третичную, т. е. расположение частей макромолекулы в пространстве, а это в свою очередь определяет биохимические функции соединений. Чем больше субъединиц входит в состав макромолекулы, тем более тонкие и сложные функции она может выполнять. Молекулы ДНК («планирующий» центр клетки) имеют мол. вес 107—108. Белки, транспортные РНК — «исполнительные органы», имеют молекулярный вес порядка 104 и выполняют более ограниченные функции. Так как физические свойства вещества являются функцией молекулярного веса и архитектоники молекулы, высокомолекулярные соединения резко отличаются по физико-химическим свойствам от составляющих их субъединиц. Характерная особенность биополимеров — упорядоченное расположение частей макромолекулы. Температурные воздействия, изменения рН и солевой концентрации приводят к разрушению высших структур макромолекул Среди синтетических высокомолекулярных соединений, применяющихся в медицине, следует отметить поливинилпирролидон (ПВП), полиметилметакрилат, «гидрофильные пластмассы». Они служат кровезаменителями, используются как материал для костных протезов и т. д. Перспективно применение силиконовых клеев для склеивания кожи и мышц (вместо сшивания) после операции. «Гидрофильные пластмассы», способные впитывать до 60% (по весу) воды без изменения размеров и прочности, применяются для изготовления контактных линз, для замещения тканей организма и т. д.

Растворы полимерных электролитов. Изоэлектрическая точка

Среди высокомолекулярных соединений важное место занимают белки. Они играют основную роль во всех жизненных процессах, а продукты их переработки — в технике и производстве. Белки являются полимерными электролитами, так как их молекулы содержат ионогенные группы. Поэтому растворы белков имеют целый ряд особенностей по сравнению с растворами других полимеров. В состав молекул белков входят разнообразные -аминокислоты, в общем виде формула их строения может быть записана в форме NH₂ — R — СОOН. В водном растворе макромолекула представляет амфотерный ион ⁺NН₃ — R — СОО^-. Если числа диссоциированных амино- и карбоксильных групп одинаковы, то молекула белка в целом электронейтральна. Такое состояние белка называют изоэлектрическим состоянием, а соответствующее ему значение рН раствора — изоэлектрической точкой (ИЭТ). Чаще всего белки — более сильные кислоты, чем основания, и для них ИЭТ лежит при рН < 7. При различных рН изменяется форма макромолекул в растворе. В ИЭТ макромолекулы свернуты в клубок вследствие взаимного притяжения разноименных зарядов. В кислой и щелочной средах в макромолекуле преобладают заряды только одного знака, и вследствие их взаимного отталкивания молекулы распрямляются и существуют в растворе в виде длинных гибких цепочек. Поэтому практически все свойства растворов белков проходят через экстремальные значения в изоэлектрическом состоянии: осмотическое давление и вязкость минимальны в ИЭТ и сильно возрастают в кис­лой и щелочной средах вследствие возрастания асимметрии молекул, минимальна также способность вещества к набуханию, оптическая плотность раствора в ИЭТ максимальна. Изучение всех этих свойств используется для определения изоэлектрической точки белков.