Запишите в виде математической формулы что такое биополимер
Биополимеры
Биополиме́ры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, лигнин. Биополимеры состоят из одинаковых (или схожих) звеньев — мономеров. Мономеры белков — аминокислоты, нуклеиновых кислот — нуклеотиды, в полисахаридах — моносахариды.
Выделяют два типа биополимеров — регулярные (некоторые полисахариды) и нерегулярные (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые полисахариды).
Содержание
Белки
Белки имеют несколько уровней организации — первичная, вторичная, третичная, и иногда четвертичная. Первичная структура определяется последовательностью мономеров, вторичная задаётся внутри- и межмолекулярными взаимодействиями между мономерами, обычно при помощи водородных связей. Третичная структура зависит от взаимодействия вторичных структур, четвертичная, как правило, образуется при объединении нескольких молекул с третичной структурой.
Вторичная структура белков образуется при взаимодействии аминокислот с помощью водородных связей и гидрофобных взаимодействий. Основными типами вторичной структуры являются
Для предсказания вторичной структуры используются компьютерные программы.
Третичная структура или «фолд» образуется при взаимодействии вторичных структур и стабилируется нековалентными, ионными, водородными связями и гидрофобными взаимодействиями. Белки, выполняющие сходные функции обычно имеют сходную третичную структуру. Примером фолда является β-баррел (бочка), когда β-листы располагаются по окружности. Третичная структура белков определяется с помощью рентгеноструктурного анализа.
Важный класс полимерных белков составляют Фибриллярные белки, самый известный из которых коллаген.
В животном мире в качестве опорного, структурообразующего полимера обычно выступают белки. Эти полимеры построены из 20 α-аминокислот. Остатки аминокислот связаны в макромолекулы белка пептидными связями, возникающими в результате реакции карбоксильных и аминогрупп.
Значение белков в живой природе трудно переоценить. Это строительный материал живых организмов, биокатализаторы — ферменты, обеспечивающие протекание реакций в клетках, и энзимы, стимулирующие определённые биохимические реакции, то есть обеспечивающие избирательность биокатализа. Наши мышцы, волосы, кожа состоят из волокнистых белков. Белок крови, входящий в состав гемоглобина, способствует усвоению кислорода воздуха, другой белок — инсулин — ответственен за расщепление сахара в организме и, следовательно, за его обеспечение энергией. Молекулярная масса белков колеблется в широких пределах. Так, инсулин — первый из белков, строение которого удалось установить Ф. Сэнгеру в 1953 г., содержит около 60 аминокислотных звеньев, а его молекулярная масса составляет лишь 12 000. К настоящему времени идентифицировано несколько тысяч молекул белков, молекулярная масса некоторых из них достигает 10 6 и более.
Нуклеиновые кислоты
В соответствии с природой углевода, входящего в их состав, нуклеиновые кислоты называются рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислотами. Общеупотребительными сокращениями являются РНК и ДНК. Нуклеиновые кислоты играют наиболее ответственную роль в процессах жизнедеятельности. С их помощью решаются две важнейшие задачи: хранения и передачи наследственной информации и матричный синтез макромолекул ДНК, РНК и белка.
Полисахариды
Полисахариды, синтезируемые живыми организмами, состоят из большого количества моносахаридов, соединённых гликозидными связями. Зачастую полисахариды нерастворимы в воде. Обычно это очень большие, разветвлённые молекулы. Примерами полисахаридов, которые синтезируют живые организмы, являются запасные вещества крахмал и гликоген, а также структурные полисахариды — целлюлоза и хитин. Так как биологические полисахариды состоят из молекул разной длины, понятия вторичной и третичной структуры к полисахаридам не применяются.
Полисахариды образуются из низкомолекулярных соединений, называемых сахарами или углеводами. Циклические молекулы моносахаридов могут связываться между собой с образованием так называемых гликозидных связей путём конденсации гидроксильных групп.
Наиболее распространены полисахариды, повторяющиеся звенья которых являются остатками α-D-глюкопиранозы или её производных. Наиболее известна и широко применяема целлюлоза. В этом полисахариде кислородный мостик связывает 1-й и 4-й атомы углерода в соседних звеньях, такая связь называется α-1,4-гликозидной.
Химический состав, аналогичный целлюлозе, имеют крахмал, состоящий из амилозы и амилопектина, гликоген и декстран. Отличие первых от целлюлозы состоит в разветвлённости макромолекул, причём амилопектин и гликоген могут быть отнесены к сверхразветвлённым природным полимерам, то есть дендримерам нерегулярного строения. Точкой ветвления обычно является шестой атом углерода α-D-глюкопиранозного кольца, который связан гликозидной связью с боковой цепью. Отличие декстрана от целлюлозы состоит в природе гликозидных связей — наряду с α-1,4-, декстран содержит также α-1,3- и α-1,6-гликозидные связи, причем последние являются доминирующими.
Целлюлоза содержится в коре и древесине деревьев, стеблях растений: хлопок содержит более 90 % целлюлозы, деревья хвойных пород — свыше 60 %, лиственных — около 40 %. Прочность волокон целлюлозы обусловлена тем, что они образованы монокристаллами, в которых макромолекулы упакованы параллельно одна другой. Целлюлоза составляет структурную основу представителей не только растительного мира, но и некоторых бактерий.
В животном мире в качестве опорных, структурообразующих полимеров полисахариды «используются» лишь насекомыми и членистоногими. Наиболее часто для этих целей применяется хитин, который служит для построения так называемого внешнего скелета у крабов, раков, креветок. Из хитина деацетилированием получается хитозан, который, в отличие от нерастворимого хитина, растворим в водных растворах муравьиной, уксусной и соляной кислот. В связи с этим, а также благодаря комплексу ценных свойств, сочетающихся с биосовместимостью, хитозан имеет большие перспективы широкого практического применения в ближайшем будущем.
Крахмал относится к числу полисахаридов, выполняющих роль резервного пищевого вещества в растениях. Клубни, плоды, семена содержат до 70 % крахмала. Запасаемым полисахаридом животных является гликоген, который содержится преимущественно в печени и мышцах.
Из пентоз значение имеют полимеры арабинозы и ксилозы, которые образуют полисахариды, называемые арабинами и ксиланами. Они, наряду с целлюлозой, определяют типичные свойства древесины.
Биополимеры находят различное применение, например, в пищевой промышленности, производстве, упаковке и биомедицинской инженерии.
СОДЕРЖАНИЕ
Биополимеры против синтетических полимеров
Условные обозначения и номенклатура
Полипептиды
Нуклеиновые кислоты
Сахар
Структурная характеристика
Общие биополимеры
Коллаген : Коллаген является первичной структурой позвоночных и является наиболее распространенным белком у млекопитающих. Из-за этого коллаген является одним из наиболее легко доступных биополимеров и используется во многих исследовательских целях. Благодаря своей механической структуре коллаген имеет высокую прочность на разрыв и является нетоксичным, легко абсорбируемым, биоразлагаемым и биосовместимым материалом. Следовательно, он использовался во многих медицинских целях, таких как лечение инфекций тканей, системы доставки лекарств и генная терапия.
Применение биополимеров
Применение биополимеров можно разделить на две основные области, которые различаются из-за их биомедицинского и промышленного использования.
Биомедицинские
В частности, полипептиды, такие как коллаген и шелк, представляют собой биосовместимые материалы, которые используются в новаторских исследованиях, поскольку это недорогие и легко доступные материалы. Полимер желатина часто используется для перевязки ран, где он действует как клей. Каркасы и пленки с желатином позволяют каркасам удерживать лекарства и другие питательные вещества, которые можно использовать для доставки в рану для заживления.
Поскольку коллаген является одним из наиболее популярных биополимеров, используемых в биомедицине, вот несколько примеров его использования:
Системы доставки лекарств на основе коллагена : пленки коллагена действуют как барьерная мембрана и используются для лечения тканевых инфекций, таких как инфицированная ткань роговицы или рак печени. Все коллагеновые пленки используются в качестве носителей для доставки генов, которые могут способствовать формированию костей.
Коллагеновые губки: коллагеновые губки используются в качестве повязки для лечения ожогов и других серьезных ран. Имплантаты на основе коллагена используются для выращивания клеток кожи или носителей лекарств, которые используются для ожоговых ран и замены кожи.
Коллаген в качестве кровоостанавливающего средства : когда коллаген взаимодействует с тромбоцитами, он вызывает быстрое свертывание крови. Эта быстрая коагуляция создает временный каркас, поэтому фиброзная строма может регенерироваться клетками-хозяевами. Гемостат на основе коллагена снижает кровопотерю в тканях и помогает контролировать кровотечение в клеточных органах, таких как печень и селезенка.
Хитозан как средство доставки лекарственного средства. Хитозан используется в основном для нацеливания на лекарство, поскольку он может улучшить абсорбцию и стабильность лекарственного средства. кроме того, хитозан, конъюгированный с противораковыми агентами, также может оказывать лучшее противоопухолевое действие, вызывая постепенное высвобождение свободного лекарства в раковые ткани.
Хитозановый композит для тканевой инженерии: сочетание хитозана и альгината используется вместе для формирования функциональных повязок на рану. Эти повязки создают влажную среду, которая способствует процессу заживления. Эта повязка для ран также очень биосовместима, биоразлагаема и имеет пористую структуру, которая позволяет клеткам прорастать в повязку.
Промышленные
Как материалы
Сахарная свекла > Гликоновая кислота> Полигликоновая кислота
Из биополимеров можно изготавливать многие виды упаковки: лотки для пищевых продуктов, гранулы из крахмала для транспортировки хрупких товаров, тонкие пленки для упаковки.
Воздействие на окружающую среду
Биополимеры находят различное применение, например, в пищевой промышленности, производстве, упаковке и биомедицинской инженерии.
СОДЕРЖАНИЕ
Биополимеры против синтетических полимеров
Условные обозначения и номенклатура
Полипептиды
Нуклеиновые кислоты
Сахар
Структурная характеристика
Общие биополимеры
Коллаген : Коллаген является первичной структурой позвоночных и является наиболее распространенным белком у млекопитающих. Из-за этого коллаген является одним из наиболее легко доступных биополимеров и используется во многих исследовательских целях. Благодаря своей механической структуре коллаген имеет высокую прочность на разрыв и является нетоксичным, легко абсорбируемым, биоразлагаемым и биосовместимым материалом. Следовательно, он использовался во многих медицинских целях, таких как лечение инфекций тканей, системы доставки лекарств и генная терапия.
Применение биополимеров
Применение биополимеров можно разделить на две основные области, которые различаются из-за их биомедицинского и промышленного использования.
Биомедицинские
В частности, полипептиды, такие как коллаген и шелк, представляют собой биосовместимые материалы, которые используются в новаторских исследованиях, поскольку это недорогие и легко доступные материалы. Полимер желатина часто используется для перевязки ран, где он действует как клей. Каркасы и пленки с желатином позволяют каркасам удерживать лекарства и другие питательные вещества, которые можно использовать для доставки в рану для заживления.
Поскольку коллаген является одним из наиболее популярных биополимеров, используемых в биомедицине, вот несколько примеров его использования:
Системы доставки лекарств на основе коллагена : пленки коллагена действуют как барьерная мембрана и используются для лечения тканевых инфекций, таких как инфицированная ткань роговицы или рак печени. Все коллагеновые пленки используются в качестве носителей для доставки генов, которые могут способствовать формированию костей.
Коллагеновые губки: коллагеновые губки используются в качестве повязки для лечения ожогов и других серьезных ран. Имплантаты на основе коллагена используются для выращивания клеток кожи или носителей лекарств, которые используются для ожоговых ран и замены кожи.
Коллаген в качестве кровоостанавливающего средства : когда коллаген взаимодействует с тромбоцитами, он вызывает быстрое свертывание крови. Эта быстрая коагуляция создает временный каркас, поэтому фиброзная строма может регенерироваться клетками-хозяевами. Гемостат на основе коллагена снижает кровопотерю в тканях и помогает контролировать кровотечение в клеточных органах, таких как печень и селезенка.
Хитозан как средство доставки лекарственного средства. Хитозан используется в основном для нацеливания на лекарство, поскольку он может улучшить абсорбцию и стабильность лекарственного средства. кроме того, хитозан, конъюгированный с противораковыми агентами, также может оказывать лучшее противоопухолевое действие, вызывая постепенное высвобождение свободного лекарства в раковые ткани.
Хитозановый композит для тканевой инженерии: сочетание хитозана и альгината используется вместе для формирования функциональных повязок на рану. Эти повязки создают влажную среду, которая способствует процессу заживления. Эта повязка для ран также очень биосовместима, биоразлагаема и имеет пористую структуру, которая позволяет клеткам прорастать в повязку.
Промышленные
Как материалы
Сахарная свекла > Гликоновая кислота> Полигликоновая кислота
Из биополимеров можно изготавливать многие виды упаковки: лотки для пищевых продуктов, гранулы из крахмала для транспортировки хрупких товаров, тонкие пленки для упаковки.
Воздействие на окружающую среду
БИОПОЛИМЕРЫ
Полезное
Смотреть что такое “БИОПОЛИМЕРЫ” в других словарях:
БИОПОЛИМЕРЫ — высокомолекулярные (молекулярная масса 103 109) природные соединения белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, а также их производные. Являются структурной основой живых организмов и играют определяющую роль в процессах жизнедеятельности … Большой Энциклопедический словарь
биополимеры — природные высокомолекулярные соединения (мол. масса 1°3 1°9 Да), являющиеся структурной основой всех живых клеток и играющие определяющую роль в процессах жизнедеятельности. К Б. относят белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды, а также… … Словарь микробиологии
Биополимеры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящих в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Источник: ВП П8 2322. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до… … Официальная терминология
Биополимеры — БИОПОЛИМЕРЫ, высокомолекулярные (молекулярная масса 103 109) природные соединения белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, а также их производные. Образуют структурную основу клеток, тканей, органов всех живых организмов и играют определяющую… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
биополимеры — Термин биополимеры Термин на английском biopolymers Синонимы Аббревиатуры Связанные термины активный центр катализатора, антитело, белки, биоинженерия, биологическая мембрана, биосенсор, доставка лекарственных средств Определение… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
Биополимеры — Биополимеры класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, лигнин. Биополимеры состоят из одинаковых (или схожих) звеньев мономеров. Мономеры … Википедия
биополимеры — ов; мн. (ед. биополимер, а; м.). Высокомолекулярные природные соединения (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые углеводы), определяющие важнейшие процессы жизнедеятельности организма. ◁ Биополимерный, ая, ое. * * * биополимеры высокомолекулярные… … Энциклопедический словарь
биополимеры — (см. био. + полимеры) природные высокомолекулярные соединения, являющиеся структурной основой всех живых организмов и играющие определяющую роль в процессах жизнедеятельности; к биополимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и… … Словарь иностранных слов русского языка
биополимеры — biopolimerai statusas T sritis chemija apibrėžtis Biologiškai svarbūs gamtiniai stambiamolekuliai junginiai (baltymai, polisacharidai, nukleorūgštys). atitikmenys: angl. biopolymers rus. биополимеры … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
биополимеры — (био + полимеры) высокомолекулярные соединения биологического происхождения, молекулы которых представляют собой цепочки, образованные из большого числа повторяющихся групп атомов; к Б. относят белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды … Большой медицинский словарь
биополимеры
Смотреть что такое “биополимеры” в других словарях:
БИОПОЛИМЕРЫ — высокомолекулярные (молекулярная масса 103 109) природные соединения белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, а также их производные. Являются структурной основой живых организмов и играют определяющую роль в процессах жизнедеятельности … Большой Энциклопедический словарь
БИОПОЛИМЕРЫ — высокомолекулярные (мол. м. 10л 109) природные соединения белки, нуклеиновые к ты, полисахариды, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся групп атомов или звеньев одинакового или различного химич. строения. Составляют структурную… … Биологический энциклопедический словарь
Биополимеры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящих в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Источник: ВП П8 2322. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до… … Официальная терминология
Биополимеры — БИОПОЛИМЕРЫ, высокомолекулярные (молекулярная масса 103 109) природные соединения белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, а также их производные. Образуют структурную основу клеток, тканей, органов всех живых организмов и играют определяющую… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
биополимеры — Термин биополимеры Термин на английском biopolymers Синонимы Аббревиатуры Связанные термины активный центр катализатора, антитело, белки, биоинженерия, биологическая мембрана, биосенсор, доставка лекарственных средств Определение… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
Биополимеры — Биополимеры класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, лигнин. Биополимеры состоят из одинаковых (или схожих) звеньев мономеров. Мономеры … Википедия
биополимеры — ов; мн. (ед. биополимер, а; м.). Высокомолекулярные природные соединения (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые углеводы), определяющие важнейшие процессы жизнедеятельности организма. ◁ Биополимерный, ая, ое. * * * биополимеры высокомолекулярные… … Энциклопедический словарь
биополимеры — (см. био. + полимеры) природные высокомолекулярные соединения, являющиеся структурной основой всех живых организмов и играющие определяющую роль в процессах жизнедеятельности; к биополимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и… … Словарь иностранных слов русского языка
биополимеры — biopolimerai statusas T sritis chemija apibrėžtis Biologiškai svarbūs gamtiniai stambiamolekuliai junginiai (baltymai, polisacharidai, nukleorūgštys). atitikmenys: angl. biopolymers rus. биополимеры … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
биополимеры — (био + полимеры) высокомолекулярные соединения биологического происхождения, молекулы которых представляют собой цепочки, образованные из большого числа повторяющихся групп атомов; к Б. относят белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды … Большой медицинский словарь