Биополимеры

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).

Кооперативное взаимодействие функциональных групп биополимера — белка гемоглобина. Объяснение в тексте.

<addc>r</addc>

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 ковалентных связей между мономерами происходит, как правило, без отщепления низкомолекулярных соединений. При конденсации обычно отщепляется часть мономера, и его остаток становится звеном полимера.

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 функцию «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.