Біополі мери
Білки – це високомолекулярні азотовмісні органічні сполуки, побудовані з залишків амінокислот.
Розрізняють 4 рівня структурної організації білків: первинна, вторинна, третинна, четвертинна структура.
Первинна структура - це лінійний ланцюг амінокислот, які розташовані в певній послідовності і сполучених між собою пептидними зв’язками.
В
торинна
структура - це різні типи упаковки
поліпептидного ланцюга (розміщення в
просторі первинної структури).
α – спіраль (у глобулярних білків),
β – складчаста структура (у фібрилярних білках). /\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/
Третинна структура - це розташування в просторі поліпептидного ланцюга /одної субодиниці-білка/, (розміщення в просторі вторинної структури).
Четвертинна структура - це розташування в просторі декількох субодиниць - білків в одну молекулу (розміщення в просторі третинної структури).
Денатурація – це втрата білком його функціональної активності та порушення його структури.
Види денатурації:
зворотна;
незворотна.
Зворотна денатурація відбувається під дєю нейтральних солей (натрію хлориду) і проходять такі зміни:
зникає заряд молекули білка;
зникає гідратна оболонка
при усуненні дії денатуруючого фактора білок відновлює свої властивості.
Незворотна денатурація відбувається під дією солей важких металів, високої температури, високих до з опромінення, лугів і проходять такі зміни:
зникає заряд молекули білка;
зникає гідратна оболонка;
руйнується четвертинна і третинна структура;
при усуненні дії денатуруючого фактора білок не відновлює свої властивості.
Нуклеїнові кислоти – це лінійні полімери, які складаються з великого числа нуклеотидів (до яких входять залишки пуринових і піримідинових основ, вуглеводи – пентози, залишок ортофосфатної кислоти).ДНК – у ядрі клітини, РНК – як у ядрі , так і у цитоплазмі.
Вуглеводи – альдегіди або кетони багатоатомних спиртів.
Полісахариди – високомолекулярні вуглеводи, які складаються з сотень або тисяч залишків моносахаридів (глюкози, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза) зв’язаних глікозидними зв’язками.
Ліпіди – біополімери, які складаються з мономерів – гліцерину та жирних кислот.
Властивості розчинів високомолекулярних сполук
Усі полімери внаслідок великої молекулярної маси не литкі. Для ВМС характерний тільки конденсований стан- твердий і рідкий. Твердому агрегатному стану полімеру відповідають два фазові стани: кристалічний (поліетилен, поліаміди) і аморфний (целюлоза, каучуки). Залежно від температури аморфні лінійні полімери можуть знаходитись у трьох фізичних станах: склоподібному, високо еластичному і в’язкотекучому.
Висока еластичність – це одна з специфічних властивостей полімерів (еластин, абдиктин).
Морозостійкість (натуральний каучук).
Пластичність – властивість тіл необоротно змінювати свою форму і розміри під дією механічних навантажень.
Гнучкість – головна відмінність лінійної ланцюгової молекули, забезпечує їх здатність: згортатись у клубок, до великих оборотних деформацій.
Дуалізм властивостей. Механічна міцність.
Високомолекулярні сполуки мають здатність розчинятись у тому чи іншому розчиннику, утворюючи розчини ВМС. При цьому залежно від спорідненості ВМС до розчинника можуть утворюватися як істинні (коли полярність розчинника відповідає полярності ВМС) так і колоїдні розчини (при невідповідності полярності розчинника і ВМС утворюються золі або дисперсії).
З одного боку, розчини ВМС виявляють усі ознаки, властиві істинним розчинам:
утворюються самочинно при простому змішуванні компонентів;
є термодинамічно стійкими системами, які здатні існувати тривалий час без стабілізаторів;
є гомогенними системами, у яких розчинена речовина знаходиться у вигляді макромолекул, де немає чіткої поверхні поділу з розчинником;
можуть бути, як молекулярними, так і йонними (природа заряду пов’язана із природою функціональних груп, які входять до їх складу);
для розчинів характерна оборотність, тобто самочинне розчинення сухого залишку ВМС при додаванні розчинника.
З іншого боку, через те, що розміри макромолекул ВМС відповідають розмірам колоїдних частинок (10-7-10-9 м), розчини ВМС виявляють також властивості дисперсних систем, і для них характерні:
мала швидкість дифузії макромолекулі і, як результат, повільний перебіг усіх процесів;
нездатність макромолекул проходити крізь напівпроникні мембрани, тобто здатність до діалізу та ультрафільтрації;
здатність розсіювати світло;
велика структурована в’язкість;
малий осмотичний тиск, навіть за великих концентрацій ВМС.
-
5. Набрякання полімерів
Початковим етапом розчинення полімерів є набрякання.
Набрякання – це самочинний процес вбирання високомолекулярною речовиною великих кількостей низькомолекулярної рідини, який супроводжується значним збільшенням об’єму та маси полімеру.
Розрізняють дві стадії набрякання. На першій стадії невелика кількість молекул розчинника дифундує у ВМС, він заповнює проміжки між макроланцюгами і сольватує певні групи полімеру. Стадія сольватації супроводжується виділенням теплоти, яку називають теплотою набрякання.
Друга стадія набрякання, яка не супроводжується виділенням теплоти, характеризується значним збільшенням маси і об’єму полімеру внаслідок осмотичного всмоктування великої кількості розчинника. При цьому слабшають зв’язки між окремими макромолекулами, збільшується число їх можливих конформацій і відбувається змішування деякої кількості великих і гнучких макромолекул із молекулами розчинника.
Якщо для полімеру характерне обмежене набрякання, то процес розчинення закінчується однією із стадій набрякання і веде до утворення еластичних драглів.
Якщо для розриву міжмолекулярних зв’язків необхідна робота, менша за енергією сольватації, то набрякання буде необмеженим, тобто самочинно закінчуватиметься повним розчиненням полімеру з утворенням однофазної системи (альбуміни, желатина у гарячій воді, сирий каучук у бензині, нітроцелюлоза в ацетоні, целюлоза в купрум-амонійному розчині).
Ступінь набрякання (α) виражають масою або об’ємом рідини, що вбирається одиницею маси або об’єму полімеру і обчислюють за формулами:
-
m – mo mp V- Vo Vp
α= ——— = — , або α = —— = — ,
mo mo Vo Vo
mo – маса зразка полімеру до набрякання;
Vo – об’єм зразка полімеру до набрякання;
m - маса набряклого полімеру;
V – об’єм набряклого полімеру;
mp - маса розчинника;
Vp - об’єм розчинника.
Ступінь набрякання обчислюють за формулами:
-
V o - V см3 Vо - V
α= ————— , або α = —— 100 % ,
m г m