2.1.2. Некоторые важные свойства природных макромолекул

Все природные высокомолекулярные соединения являются нелетучими твердыми веществами, не имеющими определенных температур плавления. Большинство из них разрушается при температурах выше 300°. Растворимость высокомолекулярных соединений зависит от их состава и строения. Если высокомолекулярные цепи связаны между собой посредством прочных первичных связей, вещество не может растворяться ни в каких растворителях без разрушения. Иначе говоря, такие полярные макромолекулы, как белки, могут растворяться в полярных растворителях – воде или в водных растворах солей, а неполярные полимеры смешиваются с неполярными растворителями (например, каучук с октаном). Растворы всех высокомолекулярных веществ обладают свойствами коллоидов. Самые большие макромолекулы можно увидеть в электронном микроскопе; они осаждаются в сильном гравитационном поле ультрацентрифуги. По существу, различие между малыми и большими молекулами состоит в том, что если в случае малых молекул свойства вещества сильно изменяются с добавлением или замещением одного атома в молекуле, то для высокомолекулярных веществ это, как правило, не характерно. Например, присоединение двух атомов водорода к молекуле этилена превращает тот углеводород в этан, в то время как присоединение одного изопренового остатка к длинной полипреновой цепи каучука заметно не меняет свойств полимера. Чем больше молекулы, тем меньше их свойства зависят от небольших изменений в размере и химическом составе. Кроме того, высокомолекулярные вещества отличаются от простых низкомолекулярных соединений тем, что первые почти всегда полидисперсны, в то время как последние имеют совершенно одинаковые молекулы (монодисперсны). Макромолекулы даже чистейших природных или синтетических высокомолекулярных соединений не бывают совершенно одинаковыми, они более или менее заметно различаются между собой.

2.1.3. Глобулярные и фибриллярные макромолекулы

По форме молекул все природные органические высокомолекулярные вещества можно разделить на два больших класса: глобулярные (сферические) и фибриллярные (линейные) [19].

Глобулярные макромолекулы состоят из сильно разветвленных или плотно упакованных цепей, в то время как фибриллярные макромолекулы простираются в основном в одном направлении. Такие линейные макромолекулы длинные и тонкие, подобно волосу или волокнам шерсти. Представители этих классов макромолекулярных веществ заметно различаются по механическим свойствам, а также по растворимости и вязкости растворов. Фибриллярные макромолекулы являются структурными материалами: целлюлоза в растениях, фибриллярные белки в животных организмах. Прочные ткани не могут состоять из глобулярных белков. Однако такие белки широко распространены в живых тканях – они активно участвуют во всех физиологических процессах:

Природные органические макромолекулы
Глобулярные	Фибриллярные
Гликоген	Целлюлоза
Альбумин	Каучук
Гемоглобин	Коллаген
Пепсин	Нуклеиновые кислоты

У глобулярных и фибриллярных макромолекул существует определенное различие в химической устойчивости. Первые относительно устойчивы, последние легко расщепляются, например, следами кислорода. Это обусловлено простотой пространственных структур таких белков: нить разрывается значительно легче, чем плотная спираль.

Фибриллярные макромолекулы очень гибки, и в зависимости от условий их можно свернуть или растянуть до различных размеров. Если растягивать каучук, то его макромолекулы удлиняются и ориентируются. В различных растворителях линейные макромолекулы образуют петли и спирали разных размеров. Более того, их молекулярная конфигурация изменяется под действием температуры, так же как под влиянием градиента течения. Свойства такой высокомолекулярной системы сильно зависят от конфигурации входящих в нее единиц.

Конфигурация глобулярных макромолекул более устойчива, чем фибриллярных. Однако по сравнению с малыми молекулами подобного состава большие молекулы, особенно молекулы белков, не обладают очень устойчивой конфигурацией. Специфическая упаковка и вторичные связи между цепями макромолекул могут легко разрушаться, например, при нагревании, облучении ультразвуком, даже при распределении в поверхностном слое или при сильном встряхивании. В этих условиях исключительно плотная глобулярная структура может нарушаться и макромолекула становится линейной. Иногда активированные глобулярные молекулы не разрушаются, а объединяются в большие линейные или разветвленные сверхструктуры. Нарушение природной конфигурации макромолекул называется денатурацией.