Полимеры (от греческих слов polys — многий,
многочисленный и meros — доля, часть) —
вещества, молекулы которых состоят из
большого числа повторяющихся звеньев
(мономеров) и потому называются также
макромолекулами (от греческого слова makros —
большой).
Это высокомолекулярные соединения,
обладающие большой молекулярной массой (103—
109 дальтон). К биополимерам относятся
природные соединения — белки, нуклеиновые
кислоты, полисахариды и их производные (см.
Углеводы). Они являются структурной основой
живых организмов и играют важную роль в
процессах жизнедеятельности.
Макромолекулы полимеров образуются в
результате реакций полимеризации или
конденсации мономеров — низкомолекулярных
соединений. При полимеризации образование ко-
валентных связей между мономерами происходит, как правило, без отщепления
низкомолекулярных соединений. При конденсации
обычно отщепляется часть мономера, и его
остаток становится звеном полимера.
Кооперативное взаимодействие
функциональных групп
биополимера — белка
гемоглобина. Объяснение в тексте.
По форме макромолекулы — это
линейные (белки, нуклеиновые кислоты,
целлюлоза) либо ветвящиеся (гликоген) цепи.
Благодаря такой структуре, возникшей в процессе
эволюции, биополимеры, как и другие
высокомолекулярные соединения, имеют
замечательные свойства.
Во-первых, их взаимодействие отличается
кооперативностью — тесной
взаимосвязанностью всех функциональных групп:
взаимодействие одних групп полимера изменяет
характер взаимодействия других его групп.
Пример такого кооперативного взаимодействия —
связывание молекулы кислорода белком,
содержащимся в эритроцитах крови, —
гемоглобином (см. рис.). Молекула гемоглобина
состоит из двух пар полипептидных цепочек,
каждая из которых связана с гемом
(железосодержащее соединение, красящее вещество
гемоглобина),способным присоединять 1
молекулу кислорода. Поэтому гемоглобин может
присоединить к себе до 4 молекул кислорода.
Присоединение каждой из них облегчает
присоединение следующей, а потеря одной из
них — потерю следующей. Благодаря этому
гемоглобин легко насыщается кислородом,
когда кровь течет по легочным капиллярам,
и легко отдает его в тканях, где концентрация
кислорода снижается. Таким образом
осуществляется транспорт кислорода в организме
теплокровных животных и человека.
Миоглобин — белок мышц — имеет одну
полипептидную цепь, связанную с гемом, и
присоединяет лишь 1 молекулу кислорода
(некооперативно). Он легко насыщается
кислородом, но с трудом его отдает. Поэтому
миоглобин выполняет функдию «депо»
кислорода в тканях, кислородное голодание которых
наиболее опасно для организма, например в
мышце сердца.
Во-вторых, замечательное свойство
биополимеров — способность образовывать так
называемые интерполимерные комплексы. Они
могут возникать между отдельными частями
молекулы и между разными молекулами.
Образование внутримолекулярных комплексов
обусловливает вторичную структуру белков и
нуклеиновых кислот. Межмолекулярные
комплексы определяют двуспиральную структуру
ДНК, правильность взаимодействия тРНК и
мРНК при биосинтезе белка (см. Трансляция)
и др. Благодаря образованию комплексов и
другим свойствам биополимеров
осуществляются биосинтез белков, нуклеиновых кислот,
регуляция обмена веществ, реакции
иммунитета и другие важнейшие биологические
процессы.