Biopolímeros- una clase de polímeros que ocurren naturalmente en la naturaleza, que son parte de los organismos vivos: proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos. Los biopolímeros consisten en unidades idénticas (o diferentes): monómeros. Monómeros de proteínas - aminoácidos, ácidos nucleicos - nucleótidos, en polisacáridos - monosacáridos.

Hay dos tipos de biopolímeros: regulares (algunos polisacáridos) e irregulares (proteínas, ácidos nucleicos, algunos polisacáridos).

Ardillas

Las proteínas tienen varios niveles de organización: primario, secundario, terciario y, a veces, cuaternario. La estructura primaria está determinada por la secuencia de los monómeros, mientras que la estructura secundaria está determinada por las interacciones intramoleculares e intermoleculares entre los monómeros, generalmente por medio de enlaces de hidrógeno. La estructura terciaria depende de la interacción de estructuras secundarias, la cuaternaria, por regla general, se forma combinando varias moléculas con una estructura terciaria.

La estructura secundaria de las proteínas está formada por la interacción de aminoácidos a través de enlaces de hidrógeno e interacciones hidrofóbicas. Los principales tipos de estructura secundaria son

α-hélice, cuando se producen enlaces de hidrógeno entre aminoácidos en la misma cadena,

Hojas β (capas plegadas), cuando se forman enlaces de hidrógeno entre diferentes cadenas polipeptídicas que van en diferentes direcciones (antiparalelas,

áreas desordenadas

Se utilizan programas informáticos para predecir la estructura secundaria.

La estructura terciaria o "pliegue" está formada por la interacción de estructuras secundarias y está estabilizada por enlaces de hidrógeno no covalentes, iónicos e interacciones hidrofóbicas. Las proteínas que realizan funciones similares suelen tener una estructura terciaria similar. Un ejemplo de un pliegue es un barril β (barril), cuando las hojas β están dispuestas en un círculo. La estructura terciaria de las proteínas se determina mediante análisis de difracción de rayos X.

Una clase importante de proteínas poliméricas son las proteínas fibrilares, la más conocida de las cuales es el colágeno.

En el mundo animal, las proteínas suelen actuar como soporte, polímero formador de estructuras. Estos polímeros se construyen a partir de 20 α-aminoácidos. Los residuos de aminoácidos se unen en macromoléculas de proteínas mediante enlaces peptídicos resultantes de la reacción de los grupos carboxilo y amino.

La importancia de las proteínas en la vida silvestre no puede subestimarse. Este es el material de construcción de los organismos vivos, biocatalizadores: enzimas que aseguran el flujo de reacciones en las células y enzimas que estimulan ciertas reacciones bioquímicas, es decir. proporcionando selectividad de biocatálisis. Nuestros músculos, cabello, piel están compuestos de proteínas fibrosas. La proteína de la sangre, que forma parte de la hemoglobina, promueve la absorción de oxígeno atmosférico, otra proteína, la insulina, es responsable de la descomposición del azúcar en el cuerpo y, por lo tanto, de proporcionarle energía. El peso molecular de las proteínas varía ampliamente. Así, la insulina, la primera de las proteínas, cuya estructura fue establecida por F. Sanger en 1953, contiene alrededor de 60 unidades de aminoácidos y su peso molecular es de solo 12 000. Hasta la fecha, se han identificado varios miles de moléculas de proteína, la el peso molecular de algunos de ellos alcanza 106 o más.

Ácidos nucleicos

La estructura primaria del ADN es la secuencia lineal de nucleótidos en una cadena. Por regla general, la secuencia se escribe en forma de letras (por ejemplo, AGTCATGCCAG), y la grabación se realiza desde el extremo 5" al 3" de la cadena.

La estructura secundaria es una estructura formada debido a interacciones no covalentes de nucleótidos (principalmente bases nitrogenadas) entre sí, apilamiento y enlaces de hidrógeno. La doble hélice del ADN es un ejemplo clásico de estructura secundaria. Esta es la forma más común de ADN en la naturaleza, que consta de dos cadenas polinucleotídicas complementarias antiparalelas. El antiparalelismo se implementa debido a la polaridad de cada uno de los circuitos. La complementariedad se entiende como la correspondencia a cada base nitrogenada de una hebra de ADN de una base estrictamente definida de la otra hebra (el opuesto A es T, y el opuesto G es C). El ADN se mantiene en la doble hélice mediante el emparejamiento de bases complementarias: la formación de enlaces de hidrógeno, dos en el par A-T y tres en el par G-C.

En 1868, el científico suizo Friedrich Miescher aisló una sustancia que contenía fósforo del núcleo de las células, a la que llamó nucleína. Más tarde, esta y otras sustancias similares se denominaron ácidos nucleicos. Su peso molecular puede llegar a 109, pero más a menudo oscila entre 105 y 106. Las sustancias iniciales a partir de las cuales se construyen los nucleótidos: enlaces de macromoléculas de ácidos nucleicos son: bases de carbohidratos, ácido fosfórico, purina y pirimidina. En un grupo de ácidos, la ribosa actúa como carbohidrato, en el otro, la desoxirribosa.

De acuerdo con la naturaleza del carbohidrato que forma parte de su composición, los ácidos nucleicos se denominan ácidos ribonucleicos y desoxirribonucleicos. Las abreviaturas comunes son ARN y ADN. Los ácidos nucleicos juegan el papel más importante en los procesos de la vida. Con su ayuda, se resuelven dos tareas muy importantes: el almacenamiento y la transmisión de información hereditaria y la síntesis matricial de macromoléculas de ADN, ARN y proteínas.

polisacáridos

estructura 3D de la celulosa

Los polisacáridos sintetizados por los organismos vivos consisten en una gran cantidad de monosacáridos conectados por enlaces glucosídicos. A menudo, los polisacáridos son insolubles en agua. Suelen ser moléculas ramificadas muy grandes. Ejemplos de polisacáridos que son sintetizados por organismos vivos son sustancias de almacenamiento almidón y glucógeno, así como polisacáridos estructurales - celulosa y quitina. Dado que los polisacáridos biológicos están compuestos por moléculas de diferentes longitudes, los conceptos de estructura secundaria y terciaria no se aplican a los polisacáridos.

Los polisacáridos se forman a partir de compuestos de bajo peso molecular llamados azúcares o carbohidratos. Las moléculas cíclicas de monosacáridos pueden unirse entre sí con la formación de los llamados enlaces glucosídicos por condensación de grupos hidroxilo.

Los polisacáridos más comunes, cuyas unidades repetitivas son los residuos de α-D-glucopiranosa o sus derivados. La celulosa más conocida y ampliamente utilizada. En este polisacárido, un puente de oxígeno une los átomos de carbono primero y cuarto en unidades vecinas, dicho enlace se denomina α-1,4-glucosídico.

La composición química es similar a la celulosa, almidón, que consta de amilosa y amilopectina, glucógeno y dextrano. La diferencia entre la primera y la celulosa radica en la ramificación de las macromoléculas, pudiendo clasificarse la amilopectina y el glucógeno como polímeros naturales hiperramificados, es decir, dendrímeros de estructura irregular. El punto de ramificación suele ser el sexto átomo de carbono del anillo de α-D-glucopiranosa, que está unido por un enlace glucosídico a la cadena lateral. La diferencia entre el dextrano y la celulosa radica en la naturaleza de los enlaces glucosídicos: junto con α-1,4-, el dextrano también contiene enlaces glucosídicos α-1,3 y α-1,6, siendo este último el dominante.

La quitina y el quitosano tienen una composición química diferente a la de la celulosa, pero tienen una estructura similar. La diferencia radica en que en el segundo átomo de carbono de las unidades de α-D-glucopiranosa unidas por enlaces α-1,4-glucosídicos, el grupo OH es reemplazado por los grupos –NHCH3COO en la quitina y el grupo –NH2 en el quitosano.

La celulosa se encuentra en la corteza y la madera de los árboles, tallos de plantas: el algodón contiene más del 90 % de celulosa, las coníferas, más del 60 %, las de hoja caduca, alrededor del 40 %. La fuerza de las fibras de celulosa se debe al hecho de que están formadas por monocristales en los que las macromoléculas se empaquetan paralelas entre sí. La celulosa es la base estructural de representantes no solo del mundo vegetal, sino también de algunas bacterias.

En el reino animal, los polisacáridos son "utilizados" solo por insectos y artrópodos como polímeros formadores de estructuras de soporte. La mayoría de las veces, la quitina se usa para estos fines, que sirve para construir el llamado esqueleto externo en cangrejos, cangrejos de río y camarones. A partir de la quitina por desacetilación se obtiene el quitosano que, a diferencia de la quitina insoluble, es soluble en soluciones acuosas de ácidos fórmico, acético y clorhídrico. En este sentido, y también debido a un complejo de valiosas propiedades combinadas con la biocompatibilidad, el quitosano tiene grandes perspectivas de amplia aplicación práctica en un futuro próximo.

El almidón es uno de los polisacáridos que actúan como nutriente de reserva en las plantas. Tubérculos, frutas, semillas contienen hasta un 70% de almidón. El polisacárido almacenado de los animales es el glucógeno, que se encuentra principalmente en el hígado y los músculos.

La fuerza de los troncos y tallos de las plantas, además del esqueleto de fibras de celulosa, está determinada por el tejido conectivo vegetal. Una parte importante en los árboles es lignina, hasta un 30%. Su estructura no ha sido establecida con precisión. Se sabe que se trata de un polímero hiperramificado de peso molecular relativamente bajo (M ≈ 104) formado principalmente por residuos fenólicos sustituidos por grupos –OCH3 en posición orto y grupos –CH=CH–CH2OH en posición para. Actualmente se ha acumulado una gran cantidad de ligninas como residuos de la industria de hidrólisis de celulosa, pero el problema de su eliminación no ha sido resuelto. Los elementos de soporte del tejido vegetal incluyen sustancias de pectina y, en particular, pectina, que se encuentra principalmente en las paredes celulares. Su contenido en la piel de las manzanas y la parte blanca de la piel de los cítricos alcanza el 30%. La pectina pertenece a los heteropolisacáridos, es decir, copolímeros. Sus macromoléculas se construyen principalmente a partir de residuos de ácido D-galacturónico y su éster metílico unidos por enlaces glucosídicos α-1,4.

De las pentosas, son importantes los polímeros de arabinosa y xilosa, que forman polisacáridos llamados arabinos y xilanos. Ellos, junto con la celulosa, determinan las propiedades típicas de la madera.

Los ácidos nucleicos son compuestos orgánicos naturales de alto peso molecular que proporcionan almacenamiento y transmisión de información hereditaria (genética) en los organismos vivos.

Los ácidos nucleicos son el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico). Fueron descubiertos en 1869 por F. Miescher en los núcleos de los leucocitos y llamados nucleicos, porque. núcleo - núcleo (núcleo).

Un biopolímero cuyo monómero es nucleótido. El ADN es un polinucleótido con un peso molecular muy grande. Una molécula puede incluir 10 8 o más nucleótidos. Un nucleótido consta de un azúcar desoxirribosa de cinco átomos, un residuo de ácido fosfórico y una base nitrogenada. Solo hay cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Por lo tanto, solo hay cuatro nucleótidos: adenina, guanina, citosina y timina (Fig. 10).

Arroz. 10. Esquema de la estructura del ADN. 11. La estructura de una sección de una molécula de ADN.

La secuencia de nucleótidos en el ADN varía de un organismo a otro.

En 1953, D. Watson y F. Crick construyeron un modelo espacial de ADN. Dos avances experimentales contribuyeron a este descubrimiento:

1) Chargaff recibió muestras de ADN puro y analizó el número de bases en cada muestra. Resultó que sin importar de qué organismo se aisló el ADN, la cantidad de adenina es igual a la cantidad de timina ( UN = T), y la cantidad de guanina es igual a la cantidad de citosina ( sol = do);

2) Wilkins y Franklin obtuvieron una buena imagen del ADN usando rayos X (Fig. 12).

La molécula de ADN consta de dos cadenas conectadas entre sí y parece una escalera de cuerda (Fig. 11). Los lados de las escaleras están retorcidos como cables eléctricos. Los lados van alternando azúcar y ácido fosfórico. Los peldaños de esta escalera son bases nitrogenadas conectadas según el principio de complementariedad (A \u003d T; G ​​\u003d C). Hay un enlace de hidrógeno doble entre la adenina y la timina, y un enlace de hidrógeno triple entre la guanina y la citosina.

Arroz. 13 Estructura de un nucleótido

El ancho de la doble hélice es de 1,7 nm, una vuelta incluye 10 pares de bases, la longitud de la vuelta es de 3,4 nm, la distancia entre nucleótidos es de 0,34 nm. Cuando se combina con ciertas proteínas, las histonas, aumenta el grado de espiralización de la molécula. La molécula se espesa y se acorta. En el futuro, la espiralización alcanza un máximo, surge una espiral de un nivel aún más alto: una súper espiral. En este caso, la molécula se vuelve visible en un microscopio óptico como un cuerpo alargado y bien teñido. cromosoma.

síntesis de ADN

El ADN es parte de los cromosomas (el complejo de ADN con la proteína histona constituye el 90% del cromosoma. Surge la pregunta de por qué, después de la división celular, el número de cromosomas no disminuye, sino que permanece igual. Porque antes de la división celular, la duplicación ocurre (síntesis) ADN y, en consecuencia, la duplicación de los cromosomas. Bajo la influencia de una enzima nucleasas hay una ruptura en los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas en cierta sección del ADN y la doble hebra de ADN comienza a desenrollarse, una hebra se aleja de la otra. A partir de nucleótidos libres que se encuentran en el núcleo celular bajo la acción de una enzima ADN polimerasa se construyen filamentos complementarios. Cada una de las cadenas emparejadas separadas de la molécula de ADN sirve como matriz para la formación de otra cadena complementaria a su alrededor. Luego, cada hilo viejo (materno) y nuevo (hijo) se retuercen nuevamente en forma de espiral. Como resultado, se forman dos nuevas hélices dobles completamente idénticas (Fig. 14).

La capacidad de reproducirse es una característica muy importante de la molécula de ADN.

Arroz. 14. El ADN "materno" sirve como molde para la síntesis de cadenas complementarias

La función del ADN en la célula.

El ácido desoxirribonucleico realiza funciones extremadamente importantes necesarias tanto para el mantenimiento como para la reproducción de la vida.

En primer lugar , - Este almacenamiento de información hereditaria, que está encerrado en la secuencia de nucleótidos de una de sus cadenas. La unidad más pequeña de información genética después de un nucleótido son tres nucleótidos consecutivos. trillizo. La secuencia de tripletes en una cadena de polinucleótidos determina la secuencia de aminoácidos en una molécula de proteína. Los tripletes ubicados uno tras otro, que determinan la estructura de una cadena polipeptídica, son gene.

La segunda función del ADN es la transmisión de información hereditaria de generación en generación. Se lleva a cabo gracias a reduplicación(duplicación) de la molécula madre y la subsiguiente distribución de moléculas hijas entre células - descendientes. Es la estructura de doble cadena de las moléculas de ADN lo que determina la posibilidad de la formación de moléculas hijas absolutamente idénticas durante la reduplicación.

Finalmente, el ADN está involucrado como molde en el proceso de transferencia de información genética desde el núcleo al citoplasma al sitio de síntesis de proteínas. Al mismo tiempo, en una de sus cadenas, según el principio de complementariedad, se sintetiza una molécula de ARN mensajero a partir de los nucleótidos del entorno que rodea a la molécula.

El ARN, al igual que el ADN, es un biopolímero (polinucleótido) cuyos monómeros son nucleótidos (Fig. 15). Las bases nitrogenadas de los tres nucleótidos son las mismas que forman el ADN (adenina, guanina, citosina), el cuarto - uracilo- está presente en la molécula de ARN en lugar de la timina. Los nucleótidos de ARN contienen una pentosa diferente: ribosa(en lugar de desoxirribosa). Según la estructura, se distinguen los ARN de doble cadena y de cadena simple. Los ARN de doble cadena son los guardianes de la información genética en varios virus, es decir, realizar las funciones de los cromosomas.

Los ARN llevan información sobre la secuencia de aminoácidos en las proteínas, es decir, sobre la estructura de las proteínas, desde los cromosomas hasta el lugar de su síntesis, y participan en la síntesis de proteínas.

Hay varios tipos de ARN monocatenario. Sus nombres están determinados por su función y ubicación en la celda. Todos los tipos de ARN se sintetizan en el ADN, que sirve como plantilla.

1. Transferencia de ARN(t-RNA) El más pequeño, consta de 76 - 85 nucleótidos. Se parece a una hoja de trébol, en cuyo extremo largo hay un triplete de nucleótidos (ACC), donde se une un aminoácido activado.En el extremo corto hay una base nitrogenada, la guanina, que evita que se destruya el ARNt. . En el extremo opuesto está el anticodón, que es estrictamente complementario al código genético del ARN mensajero. La función principal del ARNt es la transferencia de aminoácidos al sitio de síntesis de proteínas. Del contenido total de ARN en una célula, el ARNt representa el 10%.

2. ARN ribosomal(r-ARN) contenido en los ribosomas, consta de 3 a 5 mil nucleótidos. Del contenido total de ARN en la célula, el ARNr representa el 90%.

3. Información (i-RNA) o matriz (m-RNA) . Contenidas en el núcleo y en el citoplasma, las moléculas de ARN mensajero pueden constar de 300 a 30 000 nucleótidos. Su función es transferir información sobre la estructura primaria de la proteína a los ribosomas. La proporción de i-RNA representa del 0,5 al 1% del contenido total de RNA de la célula.

Codigo genetico

Codigo genetico- este es un sistema para registrar información sobre la secuencia de aminoácidos en proteínas utilizando la secuencia de nucleótidos en el ADN (Fig. 16).

Fig.16 Código genético

Propiedades del código genético

1. código triplete. Esto significa que cada uno de los aminoácidos está codificado por una secuencia de tres nucleótidos llamada triplete o codón. Así, el aminoácido cisteína corresponde al triplete ACA, la valina al CAA y la lisina al TTT (fig.).

2El código es degenerado.. Hay 64 códigos genéticos en total, mientras que se codifican 20 aminoácidos, cuando pasan a ARNm, la síntesis de proteínas se detiene. Cada aminoácido está codificado por varios códigos genéticos, a excepción de la metionina y el triptófano. Este redundancia de código es de gran importancia para aumentar la fiabilidad de la transmisión de información genética. Por ejemplo, el aminoácido arginina puede corresponder a los tripletes HCA, HCT, HCC, etc. Está claro que una sustitución aleatoria del tercer nucleótido en estos tripletes no afectará de ningún modo a la estructura de la proteína sintetizada.

3. El código es universal.. El código genético es el mismo para todas las criaturas que viven en la Tierra (para humanos, animales, plantas, bacterias y hongos).

4. El código genético es continuo.. Los nucleótidos en el ADN no se superponen entre sí; no hay espacios ni signos de puntuación entre los tripletes (codones). Entonces, ¿cómo se delimita una sección de una molécula de ADN que lleva información sobre la estructura de una proteína de otras secciones? Hay tripletes cuya función es iniciar la síntesis de una cadena de polinucleótidos, y tripletes ( UAA, UAG, UGA) que detienen la síntesis.

5. El código genético es específico. No hay casos en los que el mismo triplete corresponda a más de un aminoácido.

Biosíntesis de proteínas en la célula.

La biosíntesis de proteínas en una célula consta de dos etapas:

1. Transcripción.

2. Difusión.

1. Transcripción - Esta es la reescritura de información sobre la estructura primaria de una proteína de una región específica de ADN (gen) a i-ARN de acuerdo con el principio de complementariedad con la ayuda de la enzima ARN polimerasa.

La lectura de la información hereditaria comienza con una sección específica del ADN, que se llama promotor. Se encuentra antes del gen e incluye alrededor de 80 nucleótidos. La enzima ARN - polimerasa reconoce el promotor, se une firmemente a él y lo funde, separando los nucleótidos de las cadenas de ADN complementarias, entonces esta enzima comienza

se mueven a lo largo del gen y, a medida que las cadenas de ADN se desconectan, se sintetiza ARNm en una de ellas, que se denomina cadena sentido. El ARNm terminado ingresa al citoplasma a través de los poros de la envoltura nuclear y penetra en la subunidad pequeña del ribosoma, y ​​aquellas secciones del gen en las que la polimerasa formó el ARNm se tuercen nuevamente en espiral, el ARNm puede penetrar en varios ribosomas a la vez. , y este complejo se llama polisoma. En el citoplasma, los aminoácidos son activados por la enzima aminoacil-t-sintetasa y se unen al extremo largo del t-RNA (Fig. 17). 2. La traducción es la traducción de la información hereditaria del lenguaje de los nucleótidos al lenguaje de los aminoácidos.

La traducción comienza con el codón de inicio AUG, al que se une el t-RNA cargado con metionina con su anticodón UAC. La subunidad grande del ribosoma contiene aminoacilo y peptidilo centros. Primero, el aminoácido I (metionina) ingresa al centro de aminoacilo y luego, junto con su t-RNA, se mueve al centro de peptidilo. El centro de aminoacilo se libera y puede aceptar el siguiente ARNt con su aminoácido. El segundo tRNA, cargado con el segundo aminoácido, ingresa a la subunidad grande del ribosoma y se conecta con su codón complementario del mRNA con su anticodón. Inmediatamente, con la ayuda de la enzima peptidil transferasa, el aminoácido anterior con su grupo carboxilo (COOH) se conecta al grupo amino (NH 2) del aminoácido recién llegado. Se forma un enlace peptídico (-CO-NH-) entre ellos. Como resultado, se libera el t-RNA que trajo la metionina y se unen dos aminoácidos (dipéptido) al t-RNA en el centro de aminoacilo. Para el proceso posterior de crecimiento de la cadena polipeptídica, se requiere liberar el centro de aminoacilo. La subunidad grande y la pequeña del ribosoma se desplazan entre sí (como un reloj que da cuerda), el triplete de nucleótidos del ARNm avanza y el siguiente triplete de nucleótidos ocupa su lugar. De acuerdo con el codón del i-RNA, el siguiente t-RNA lleva un aminoácido al centro aminoacilo liberado, que se conecta al anterior por medio de un enlace peptídico, y el segundo t-RNA abandona el ribosoma. Luego, el ribosoma avanza de nuevo un codón y el proceso se repite. Hay una unión secuencial de aminoácidos a la cadena polipeptídica en estricta conformidad con la secuencia de columnas en el ARNm.

Presentación sobre el tema: Polímeros naturales superiores - Proteínas y ácidos nucleicos

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Presentación sobre el tema:

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El propósito de la lección: Consolidar y profundizar la comprensión de los estudiantes sobre los polímeros naturales utilizando el ejemplo de las proteínas y los ácidos nucleicos. Sistematizar el conocimiento sobre la composición, estructura, propiedades y funciones de las proteínas. Tener una idea sobre la síntesis química y biológica de las proteínas, la creación de alimentos artificiales y sintéticos. Ampliar la comprensión de la composición y estructura de los ácidos nucleicos. Ser capaz de explicar la construcción de la doble hélice del ADN según el principio de complementariedad. Conocer el papel de los ácidos nucleicos en la vida de los organismos. Continúe desarrollando habilidades de autoeducación, la capacidad de escuchar una conferencia, resalte lo principal. Tomar notas sobre la elaboración de un plan o tesis. Desarrollar el interés cognitivo de los estudiantes, establecer conexiones interdisciplinares (con la biología).

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Valores de proteínas La composición de los organismos que viven en la Tierra hoy en día contiene alrededor de mil millones de toneladas de proteínas. Difieriendo en una variedad inagotable de estructuras, que al mismo tiempo es estrictamente específica para cada una de ellas, las proteínas crean, junto con los ácidos nucleicos, la base material para la existencia de toda la riqueza de los organismos del mundo que nos rodea. Las proteínas se caracterizan por la capacidad de interacciones intramoleculares, razón por la cual la estructura es tan dinámica y la forma de las moléculas de proteína es cambiante. Las proteínas interactúan con una variedad de sustancias. Combinándose entre sí o con ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos, forman ribosomas, mitocondrias, lisosomas, membranas del retículo endoplásmico y otras estructuras subcelulares en las que se llevan a cabo diversos procesos metabólicos. Por lo tanto, son las proteínas las que juegan un papel destacado en los fenómenos de la vida.

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Niveles de organización de la molécula de proteína Primario Secundario Terciario Cuaternario Una de las tareas difíciles de la química de proteínas era descifrar la secuencia de residuos de aminoácidos en la cadena polipeptídica, es decir, la estructura primaria de la molécula de proteína. Fue resuelto por primera vez por el científico inglés F. Sanger y sus colaboradores en 1945-1956. Establecieron la estructura primaria de la hormona insulina, una proteína producida por el páncreas. Por esto, F. Sanger recibió el Premio Nobel en 1958.

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Propiedades químicas de las proteínas (película de vídeo) Reacción característica de las proteínas - desnaturalización: Coagulación de las proteínas al calentarlas Precipitación de las proteínas con alcohol concentrado Precipitación de las proteínas con sales de metales pesados.2. Reacciones cromáticas de proteínas: Reacción de xantoproteínas Reacción de Biuret Determinación del contenido de azufre en la molécula de proteína.

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El papel de las proteínas en los procesos de la actividad vital De gran interés es el estudio no solo de la estructura, sino también del papel de las proteínas en los procesos de la actividad vital. Muchos de ellos tienen propiedades protectoras (inmunoglobulinas) y tóxicas (venenos de serpiente, toxinas del cólera, de la difteria y del tétanos, enterotoxina B de staphylococcus aureus, toxina del butulismo) que son importantes para fines médicos. Pero lo principal es que las proteínas son la parte más importante e insustituible de la alimentación humana. En nuestro tiempo, el 10-15% de la población mundial se muere de hambre y el 40% recibe comida chatarra con proteínas insuficientes. Por lo tanto, la humanidad se ve obligada a producir proteínas por medios industriales, el producto más escaso de la Tierra. Este problema se resuelve de forma intensiva de tres formas: la producción de levaduras forrajeras, la preparación de concentrados proteico-vitamínicos a base de hidrocarburos de petróleo en las fábricas y el aislamiento de proteínas a partir de materias primas no alimentarias de origen vegetal. En nuestro país se produce un concentrado proteico-vitamínico a partir de materias primas hidrocarbonadas. La producción industrial de aminoácidos esenciales también es prometedora como sustituto de proteínas. El conocimiento de la estructura y funciones de las proteínas acerca a la humanidad al dominio del secreto más íntimo del fenómeno mismo de la vida.

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ÁCIDOS NUCLEICOS Ácidos nucleicos - compuestos orgánicos naturales de alto peso molecular, polinucleótidos, proporcionan almacenamiento y transmisión de información hereditaria (genética) en organismos vivos. Los ácidos nucleicos fueron descubiertos en 1869 por el científico suizo F. Miescher como parte integral de los núcleos celulares, por lo que obtuvieron su nombre de la palabra latina núcleo - núcleo. Nycleus ”- núcleo. Por primera vez se extrajo ADN y ARN del núcleo de una célula. Por lo tanto, se les llama ácidos nucleicos. La estructura y funciones de los ácidos nucleicos fueron estudiadas por el biólogo estadounidense J. Watson y el físico inglés F. Crick.

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En 1953, el bioquímico estadounidense J. Watson y el físico inglés F. Crick construyeron un modelo de la estructura espacial del ADN; que parece una doble hélice. Correspondía a los datos de los científicos ingleses R. Franklin y M. Wilkins, quienes, utilizando el análisis de difracción de rayos X del ADN, pudieron determinar los parámetros generales de la hélice, su diámetro y la distancia entre las vueltas. En 1962, Watson, Crick y Wilkins recibieron el Premio Nobel por este importante descubrimiento.

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La estructura de los ácidos nucleicos Hay tres tipos de ácidos nucleicos: ADN (ácidos desoxirribonucleicos), ARN (ácidos ribonucleicos) y ATP (trifosfato de adenosina). Al igual que los carbohidratos y las proteínas, son polímeros. Al igual que las proteínas, los ácidos nucleicos son polímeros lineales. Sin embargo, sus monómeros, los nucleótidos, son sustancias complejas, a diferencia de los azúcares y aminoácidos bastante simples.

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Características comparativas de ADN y ARN ADN Polímero biológico Monómero - nucleótido 4 tipos de bases nitrogenadas: adenina, timina, guanina, citosina Pares complementarios: adenina-timina, guanina-citosina Ubicación - núcleo Funciones - almacenamiento de información hereditaria Azúcar - desoxirribosa ARN Biológico polímero Monómero - nucleótido 4 tipos de bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina, uracilo Pares complementarios: adenina-uracilo, guanina-citosina Ubicación - núcleo, citoplasma Funciones - transferencia, transferencia de información hereditaria Azúcar - ribosa Descripción de la diapositiva:

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El uso de NC A lo largo de la vida, una persona se enferma, se encuentra en condiciones productivas o climáticas adversas. La consecuencia de esto es un aumento de las “fallas” en el buen funcionamiento del aparato genético. Hasta cierto momento, los "fallos" no se manifiestan exteriormente y no los notamos. ¡Pobre de mí! Con el tiempo, los cambios se hacen evidentes. En primer lugar, aparecen en la piel.Actualmente, los resultados de los estudios de biomacromoléculas están saliendo de las paredes de los laboratorios, comenzando a ayudar a los médicos y cosmetólogos de manera más activa en su trabajo diario. De vuelta en la década de 1960. se supo que las hebras aisladas de ADN provocan la regeneración celular. Pero solo en los últimos años del siglo XX fue posible utilizar esta propiedad para restaurar las células de la piel envejecidas.

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La aplicación de NC Science todavía está lejos de poder utilizar cadenas de ADN exógenas (con la excepción del ADN viral) como plantilla para la síntesis de ADN "nuevo" directamente en células humanas, animales o vegetales. El hecho es que la célula huésped está protegida de manera confiable contra la introducción de ADN extraño por las enzimas específicas presentes en ella: las nucleasas. El ADN extraño sufrirá inevitablemente destrucción o restricción bajo la acción de las nucleasas. El ADN será reconocido como "extraño" por la ausencia en él de un patrón específico para cada organismo de distribución de bases metiladas inherentes al ADN de la célula huésped. Al mismo tiempo, cuanto más estrecha sea la relación de las células, más híbridos formarán sus ADN.El resultado de este estudio son varias cremas cosméticas que incluyen “hilos mágicos” para el rejuvenecimiento de la piel.

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Consolidación de la lección (control de prueba) Opción 11. Una doble cadena de polinucleótidos es característica de las moléculas: a) ADN b) ARNv) las dos respuestas anteriores son correctas.2. Peso molecular medio, ¿qué tipo de ácidos nucleicos es mayor? a) ADN b) ARN c) depende del tipo de célula viva3. ¿Qué sustancias no son parte integral de un nucleótido? a) una base de pirimidina o purina b) ribosa y desoxirribosa c) α-aminoácidos d) ácido fosfórico Los nucleótidos de ADN no contienen los siguientes residuos como bases: a) citosina c) guaninab) uracilo d) adenina e) timina5. La secuencia de nucleótidos es la estructura de los ácidos nucleicos: a) primario c) terciario b) secundario d) cuaternario 2 opción1. Los ácidos nucleicos obtuvieron su nombre de la palabra latina: a) núcleo c) vida b) célula d) primero2. Cadena polimérica, ¿cuál de los ácidos nucleicos es una secuencia de nucleótidos? a) ADN b) ARN c) ambos tipos de ácidos nucleicos3. La estructura secundaria en forma de doble hélice es característica de las moléculas: a) ADN c) ARNb) proteínas d) todos los ácidos nucleicos4. Una base de purina no es: a) adenina c) guanina b) timina d) todos son5. Una molécula de nucleótido no contiene: a) un residuo de monosacárido c) un residuo de base nitrogenada b) un residuo de aminoácido d) un residuo de ácido fosfórico

La mayoría de los materiales de construcción modernos, medicinas, telas, artículos para el hogar, empaques y consumibles son polímeros. Este es un grupo completo de compuestos que tienen características distintivas características. Hay muchos de ellos, pero a pesar de esto, la cantidad de polímeros sigue creciendo. Después de todo, los químicos sintéticos descubren cada año más y más sustancias nuevas. Al mismo tiempo, fue el polímero natural el que tuvo especial importancia en todo momento. ¿Qué son estas asombrosas moléculas? ¿Cuáles son sus propiedades y cuáles son las características? Responderemos a estas preguntas en el transcurso del artículo.

Polímeros: características generales

Desde el punto de vista de la química, se considera que un polímero es una molécula que tiene un peso molecular enorme: desde varios miles hasta millones de unidades. Sin embargo, además de esta característica, existen varias más por las que las sustancias pueden clasificarse precisamente como polímeros naturales y sintéticos. Este:

• unidades monoméricas que se repiten constantemente y que están conectadas mediante diferentes interacciones;
• el grado de polimerasa (es decir, el número de monómeros) debe ser muy alto, de lo contrario, el compuesto se considerará un oligómero;
• una determinada orientación espacial de la macromolécula;
• un conjunto de importantes propiedades físico-químicas que son características únicamente de este grupo.

En general, una sustancia de naturaleza polimérica es bastante fácil de distinguir de otras. Uno solo tiene que mirar su fórmula para entenderlo. Un ejemplo típico es el conocido polietileno, muy utilizado en la vida cotidiana y en la industria. Es el producto en el que entra el eteno o etileno. La reacción general se escribe de la siguiente manera:

nCH 2 \u003d CH 2 → (-CH-CH-) n, donde n es el grado de polimerización de las moléculas, que muestra cuántas unidades monoméricas están incluidas en su composición.

También, como ejemplo, se puede citar un polímero natural, que es bien conocido por todos, es el almidón. Además, la amilopectina, la celulosa, la proteína de pollo y muchas otras sustancias pertenecen a este grupo de compuestos.

Las reacciones, como resultado de las cuales se pueden formar macromoléculas, son de dos tipos:

• polimerización;
• policondensación.

La diferencia es que en el segundo caso, los productos de interacción son de bajo peso molecular. La estructura del polímero puede ser diferente, depende de los átomos que lo forman. A menudo hay formas lineales, pero también hay mallas tridimensionales, muy complejas.

Si hablamos de las fuerzas e interacciones que mantienen unidas las unidades monoméricas, podemos identificar varias principales:

• Las fuerzas de van der Waals;
• enlaces químicos (covalentes, iónicos);
• interacción electrostática.

Todos los polímeros no se pueden combinar en una sola categoría, ya que tienen una naturaleza, un método de formación y funciones completamente diferentes. Sus propiedades también difieren. Por lo tanto, existe una clasificación que le permite dividir a todos los representantes de este grupo de sustancias en diferentes categorías. Puede basarse en varias características.

Clasificación de polímeros

Si tomamos como base la composición cualitativa de las moléculas, todas las sustancias consideradas se pueden dividir en tres grupos.

1. Orgánicos: son aquellos que incluyen átomos de carbono, hidrógeno, azufre, oxígeno, fósforo, nitrógeno. Es decir, aquellos elementos que son biogénicos. Los ejemplos incluyen mucho: polietileno, cloruro de polivinilo, polipropileno, viscosa, nailon, polímero natural: proteína, ácidos nucleicos, etc.
2. Elementorgánico - aquellos que incluyen algún tipo de inorgánico extraño y no La mayoría de las veces es silicio, aluminio o titanio. Ejemplos de tales macromoléculas: polímeros de vidrio, materiales compuestos.
3. Inorgánico: la cadena se basa en átomos de silicio, no en carbono. Los radicales también pueden formar parte de las ramas laterales. Fueron descubiertos recientemente, a mediados del siglo XX. Se utiliza en medicina, construcción, ingeniería y otras industrias. Ejemplos: silicona, cinabrio.

Si dividimos los polímeros por origen, podemos distinguir tres grupos.

1. Polímeros naturales, cuyo uso ha sido ampliamente realizado desde la antigüedad. Estas son tales macromoléculas, para cuya creación una persona no hizo ningún esfuerzo. Son productos de las reacciones de la naturaleza misma. Ejemplos: seda, lana, proteína, ácidos nucleicos, almidón, celulosa, cuero, algodón y otros.
2. Artificial. Estas son macromoléculas creadas por el hombre, pero basadas en análogos naturales. Es decir, simplemente se mejoran y modifican las propiedades de un polímero natural ya existente. Ejemplos: artificial
3. Sintético: estos son polímeros en cuya creación solo participa una persona. No hay análogos naturales para ellos. Los científicos están desarrollando métodos para la síntesis de nuevos materiales que tendrían características técnicas mejoradas. Así es como nacen los compuestos de polímeros sintéticos de varios tipos. Ejemplos: polietileno, polipropileno, rayón, etc.

Hay otro signo que subyace a la división de las sustancias bajo consideración en grupos. Estos son la reactividad y la estabilidad térmica. Hay dos categorías para este parámetro:

• termoplástico;
• termoestable

El más antiguo, importante y especialmente valioso sigue siendo un polímero natural. Sus propiedades son únicas. Por lo tanto, consideraremos más a fondo esta categoría de macromoléculas.

¿Qué sustancia es un polímero natural?

Para responder a esta pregunta, primero miremos a nuestro alrededor. ¿Qué nos rodea? Organismos vivos a nuestro alrededor que se alimentan, respiran, reproducen, florecen y producen frutos y semillas. ¿Y qué representan desde un punto de vista molecular? Estas son conexiones como:

• proteínas;
• ácidos nucleicos;
• polisacáridos.

Entonces, cada uno de los compuestos anteriores es un polímero natural. Por lo tanto, resulta que la vida que nos rodea existe solo debido a la presencia de estas moléculas. Desde la antigüedad, la gente ha usado arcilla, mezclas de construcción y morteros para fortalecer y crear un hogar, tejer hilo de lana y usar algodón, seda, lana y pieles de animales para crear ropa. Los polímeros orgánicos naturales acompañaron al hombre en todas las etapas de su formación y desarrollo y de muchas maneras lo ayudaron a lograr los resultados que tenemos hoy.

La naturaleza misma dio todo para hacer la vida de las personas lo más cómoda posible. Con el tiempo, se descubrió el caucho, se aclararon sus notables propiedades. El hombre ha aprendido a utilizar el almidón con fines alimentarios y la celulosa con fines técnicos. El alcanfor es también un polímero natural, que también se conoce desde la antigüedad. Resinas, proteínas, ácidos nucleicos son todos ejemplos de compuestos bajo consideración.

La estructura de los polímeros naturales.

No todos los representantes de esta clase de sustancias están dispuestos de la misma manera. Por lo tanto, los polímeros naturales y sintéticos pueden diferir significativamente. Sus moléculas están orientadas de tal manera que es lo más beneficioso y conveniente para existir desde el punto de vista energético. Al mismo tiempo, muchas especies naturales pueden hincharse y su estructura cambia en el proceso. Hay varias opciones más comunes para la estructura de la cadena:

• lineal;
• ramificado;
• estrellado;
• departamento;
• malla;
• cinta;
• en forma de peine.

Los representantes artificiales y sintéticos de las macromoléculas tienen una masa muy grande, una gran cantidad de átomos. Se crean con propiedades especialmente especificadas. Por lo tanto, su estructura fue planeada originalmente por el hombre. Los polímeros naturales suelen tener una estructura lineal o reticulada.

Ejemplos de macromoléculas naturales

Los polímeros naturales y artificiales están muy cerca uno del otro. Después de todo, el primero se convierte en la base para la creación del segundo. Hay muchos ejemplos de tales transformaciones. Echemos un vistazo a algunos de ellos.

1. El plástico blanco lechoso ordinario es un producto obtenido al tratar la celulosa con ácido nítrico con la adición de alcanfor natural. La reacción de polimerización hace que el polímero resultante se solidifique y se convierta en el producto deseado. Y el plastificante, el alcanfor, lo hace capaz de ablandarse cuando se calienta y cambia su forma.
2. Seda de acetato, fibra de cobre y amoníaco, viscosa: todos estos son ejemplos de esos hilos, fibras que se obtienen a base de celulosa. El lino y las telas de lino no son tan duraderos, no brillan y se arrugan fácilmente. Pero los análogos artificiales de estas deficiencias están privados, lo que hace que su uso sea muy atractivo.
3. Las piedras artificiales, los materiales de construcción, las mezclas, los sustitutos del cuero también son ejemplos de polímeros obtenidos a partir de materias primas naturales.

La sustancia, que es un polímero natural, también se puede utilizar en su verdadera forma. También hay muchos ejemplos de este tipo:

• colofonia;
• ámbar;
• almidón;
• amilopectina;
• celulosa;
• lana;
• algodón;
• seda;
• cemento;
• arcilla;
• Lima;
• proteínas;
• ácidos nucleicos, etc.

Obviamente, la clase de compuestos que estamos considerando es muy numerosa, prácticamente importante y significativa para las personas. Ahora echemos un vistazo más de cerca a varios representantes de polímeros naturales, que tienen una gran demanda en la actualidad.

Seda y lana

La fórmula del polímero de seda natural es compleja, ya que su composición química está expresada por los siguientes componentes:

• fibroina;
• sericina;
• ceras;
• grasas

La proteína principal en sí, la fibroína, contiene varios tipos de aminoácidos en su composición. Si imagina su cadena polipeptídica, se verá así: (-NH-CH 2 -CO-NH-CH (CH 3) -CO-NH-CH 2 -CO-) n. Y esto es solo una parte. Si imaginamos que una molécula de proteína sericina igualmente compleja se une a esta estructura con la ayuda de las fuerzas de van der Waals, y juntas se mezclan en una sola conformación con cera y grasas, entonces está claro por qué es difícil representar la fórmula. de seda natural.

Hoy, China suministra la mayor parte de este producto, porque en sus espacios abiertos hay un hábitat natural para el principal productor: el gusano de seda. Anteriormente, desde los tiempos más remotos, la seda natural era muy valorada. Solo las personas nobles y ricas podían comprar ropa con él. Hoy en día, muchas características de este tejido dejan mucho que desear. Por ejemplo, está muy magnetizado y arrugado, además, pierde su brillo y se desvanece con la exposición al sol. Por lo tanto, los derivados artificiales basados ​​en él están más en uso.

La lana también es un polímero natural, ya que es un producto de desecho de la piel y las glándulas sebáceas de los animales. Sobre la base de este producto proteico, se fabrican prendas de punto que, al igual que la seda, es un material valioso.

Almidón

El almidón de polímero natural es un producto de desecho de las plantas. Lo producen como resultado del proceso de fotosíntesis y se acumulan en diferentes partes del cuerpo. Su composición química:

• amilopectina;
• amilosa;
• glucosa alfa.

La estructura espacial del almidón es muy ramificada, desordenada. Gracias a la amilopectina incluida en la composición, puede hincharse en agua, convirtiéndose en una llamada pasta. Este se utiliza en ingeniería e industria. La medicina, la industria alimentaria, la fabricación de adhesivos para papel tapiz también son áreas de uso de esta sustancia.

Entre las plantas que contienen la máxima cantidad de almidón, podemos distinguir:

• maíz;
• papa;
• trigo
• mandioca;
• avena;
• alforfón;
• plátanos;
• sorgo.

A partir de este biopolímero se hornea pan, se elabora pasta, se cocinan kissels, cereales y otros productos alimenticios.

Celulosa

Desde el punto de vista de la química, esta sustancia es un polímero, cuya composición se expresa mediante la fórmula (C 6 H 5 O 5) n. El eslabón monomérico en la cadena es la beta-glucosa. Los principales sitios de contenido de celulosa son las paredes celulares de las plantas. Es por eso que la madera es una fuente valiosa de este compuesto.

La celulosa es un polímero natural que tiene una estructura espacial lineal. Se utiliza para la producción de los siguientes tipos de productos:

• productos de pulpa y papel;
• pelaje artificial;
• diferentes tipos de fibras artificiales;
• algodón
• plástica;
• pólvora sin humo;
• tira de película y así sucesivamente.

Obviamente, su valor industrial es grande. Para que un determinado compuesto se utilice en la producción, primero debe extraerse de las plantas. Esto se hace mediante la cocción a largo plazo de la madera en dispositivos especiales. El procesamiento posterior, así como los reactivos utilizados para la digestión, varían. Hay varias formas:

• sulfito;
• nitrato;
• soda;
• sulfato.

Después de dicho procesamiento, el producto aún contiene impurezas. Está basado en lignina y hemicelulosa. Para deshacerse de ellos, la masa se trata con cloro o álcali.

En el cuerpo humano, no existen tales catalizadores biológicos que puedan descomponer este complejo biopolímero. Sin embargo, algunos animales (herbívoros) se han adaptado a esto. Tienen ciertas bacterias en el estómago que lo hacen por ellos. A cambio, los microorganismos reciben energía para la vida y el hábitat. Esta forma de simbiosis es extremadamente beneficiosa para ambas partes.

Goma

Es un polímero natural de valiosa importancia económica. Fue descrito por primera vez por Robert Cook, quien lo descubrió en uno de sus viajes. La cosa fue así. Habiendo desembarcado en una isla habitada por nativos desconocidos para él, fue hospitalariamente recibido por ellos. Su atención fue atraída por los niños locales que jugaban con un objeto inusual. Este cuerpo esférico se empujó del suelo y rebotó en lo alto, luego regresó.

Habiendo preguntado a la población local de qué estaba hecho este juguete, Cook se enteró de que el jugo de uno de los árboles, la hevea, se endurece de esta manera. Mucho más tarde se descubrió que este es el biopolímero de caucho.

Se conoce la naturaleza química de este compuesto: es isopreno que ha sufrido una polimerización natural. Fórmula de caucho (C 5 H 8) n. Sus propiedades, por las que es tan apreciado, son las siguientes:

• elasticidad;
• resistencia al desgaste;
• aislamiento electrico;
• impermeable.

Sin embargo, también hay desventajas. Con el frío, se vuelve quebradizo y quebradizo, y con el calor, se vuelve pegajoso y viscoso. Por eso se hizo necesario sintetizar análogos de una base artificial o sintética. Hoy en día, los cauchos se utilizan ampliamente con fines técnicos e industriales. Los productos más importantes basados ​​en ellos:

• goma;
• ebonitas.

Ámbar

Es un polímero natural, porque en su estructura es una resina, su forma fósil. La estructura espacial es un marco de polímero amorfo. Es muy inflamable y puede encenderse con la llama de un fósforo. Tiene propiedades de luminiscencia. Esta es una cualidad muy importante y valiosa que se utiliza en joyería. Las joyas a base de ámbar son muy hermosas y demandadas.

Además, este biopolímero también se utiliza con fines médicos. También se fabrican papel de lija, revestimientos de barniz para diversas superficies.

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