Полинуклеиновые кислоты

Полимерные нуклеиновые кислоты – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) – природные ВМС, выполняющие функцию хранения и передачи наследственной информации.

Мономерное звено нуклеиновых кислот – нуклеотиды. В состав нуклеотидов входят:

1) моносахарид – рибоза или дезоксирибоза (рис. 21);

а)

б)

Рис. 21. Моносахариды нуклеотидов: а – рибоза, б – дезоксирибоза

2) азотистое основание – пуриновое или пиримидиновое (рис. 22). Пиримидиновые основания нуклеотидов ДНК: тимин (T) и цитозин (C). Пуриновые основания нуклеотидов: гуанин (G) и аденин (A). В молекулах РНК вместо тимина присутствует урацил (У);

а)

б)

Рис. 22. Азотистые основания: а – пиримидин, б – пурин

3) остаток фосфорной кислоты (рис. 23).

Чередование фрагментов в нуклеиновых кислотах показано на рис. 24. Нуклеиновые кислоты подобно белкам имеют первичную структуру – последовательность нуклеотидов (рис. 24), вторичную структуру – две комплементарные цепи – двойная спираль ДНК, и третичную – пространственную структуру.

Рис. 23. Фосфорная кислота

Рис. 24. Чередование фрагментов в нуклеиновых кислотах

Две макромолекулы ДНК образуют двойную спираль, закру-ченную по часовой стрелке (правую спираль), и удерживаются друг с другом за счет водородных связей между азотистыми основаниями (рис. 25, 26).

Причем тот или другой пурин в одной молекуле связан во-дородными связями с тем или иным пиримидином в другой. Аде-нин связывается с тимином, а гуанин с цитозином. Такое соответствие называется комплементарным (взаимодополняющим).

Функции ДНК:

· хранение наследственной (генетической информации). Химическая база этой функции – комплементарность;

· способность к репликации (удвоению) и копированию рас-положения в цепи азотистых оснований, определяемая свойством ДНК хранить и использовать генетическую информацию;

· способность молекул ДНК управлять синтезом белков, характерных для организмов данного вида.

Рис. 25. Попарно связанные водородными связями тимин с аденином и цитозин с гуанином при образовании спирали при скручивании двух макромолекул ДНК вокруг общей оси

Рис. 26. Двойная спираль ДНК: 1 – сахар (дезоксирибоза), 2 – остаток фосфорной кислоты, 3 – водородная связь, 4 – пара оснований

Функции РНК:

· транспортная (осуществляется транспортной т-РНК) – перенос аминокислот к месту синтеза белка, в рибосомы. Рибосомы представляют собой нуклеопротеид, в составе которого находятся РНК и белок. Рибосомы служат для биосинтеза белка из ами-нокислот по заданной матрице на основе генетической информа-ции, предоставляемой матричной РНК (м-РНК). Этот процесс называется трансляцией. Трансляция (осуществляется рибосомной р-РНК) – считывание информации с м-РНК при помощи молекул т-РНК и катализ создания пептидных связей между доставленными к т-РНК α-аминокислотами;

· информационная (осуществляется матричной м-РНК) – пере-нос информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. М-РНК синтезируется на основе ДНК в ходе тран-скрипции;

· транскри́пция – процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.

8. Неорганические
и элементорганические полимеры

Круг соединений, которые по своему строению можно отнести к высокомолекулярным, не ограничивается полимерами с угле-родными цепями. Многие неорганические природные и синтети-ческие вещества также имеют полимерное строение. В общем случае все минералы земной коры представляют собой высокомолекулярные вещества.

Асбест, базальт, кварц и песок, корунд и многие другие ми-нералы состоят из повторяющихся по составу и структуре моно-мерных звеньев, связанных в длинные, разветвленные цепочки или объемные структуры.

Диоксид кремния (кремнезем) встречается в природе в виде песка или кварца и входит в состав большинства природных минералов. Каждый атом кремния в кристаллах (SiO₂)_n окружен четырьмя атомами кислорода, каждый из которых является мостиком к следующему атому кремния (рис. 27).

Рис. 28. Поликремниевая кислота

Рис. 27. Диоксид кремния

Через общий атом кислорода тетраэдры SiO₄ под разными углами связываются друг с другом, образуя трехмерную решетку; взаимное расположение тетраэдров SiO₄ в пространстве опреде-ляет ту или иную модификацию кремнезема. Поверхностные атомы образуют Si–O–Н- или Si–O–Si-группы. Таким образом, кремнезем можно представить как поликремниевую кислоту состава n(SiO₂)∙mН₂O (рис. 28).

Глину можно представить как смесь высокомолекулярных соединений, построенных из плоских полимерных блоков двух типов: кремнийкислородного и алюмокислородного.

В гранитах полимерная цепь построена из атомов кремния и алюминия, связанных между собою через кислородные мостики.

Асбесты – тонковолокнистые минералы из класса силикатов. По химическому составу асбесты представляют собой водные силикаты магния с примесями оксидов железа. Природные асбесты состоят из тонких гибких волокон. Способность асбеста к волокнообразованию позволяет использовать его для создания огнестойких тканей, шнуров и т.д.

Огнестойкие теплоизоляционные материалы также изготавли-вают из базальтового волокна, которое получают из базальта путем расплава природного минерала и последующего преобра-зования в волокно без применения химических добавок.

Природные минералы, как правило, представляют собой гете-роцепные полимеры.

К гомоцепным неорганическим полимерам относят аллотроп-ные модификации углерода, серы, селена, бора и проч.

К синтетическим неорганическим соединениям можно отнести как многочисленные силикатные строительные материалы, стекла, так и цеолиты, искусственные минералы.

Следует упомянуть неорганический каучук – полифосфо-
нитрилхлорид, негорючий аналог синтетических каучуков.

К элементорганическим относят полимеры, содержащие в эле-ментарном звене макромолекулы наряду с углеводородными груп-пами неорганические фрагменты, т.е. углерод связан с атомами, отличными от кислорода, водорода, азота, серы, галогенов.

Известны элементорганические полимеры, содержащие фос-фор, бор, кремний, алюминий, олово и проч., с широким спектром свойств. Среди них существуют термостойкие полимеры, по-лимеры с хорошей электропроводностью и полупроводнико-
выми свойствами, с высокой твердостью и эластичностью и др. Элементорганические полимеры часто используют в качестве стабилизаторов полимеров, антигрибкових и антимикробных добавок в лакокрасочные материалы.

Наибольшее применение находят кремнийорганические поли-меры – полиорганосилоксаны.

Полисилоксаны содержат в основной неорганической цепи кислород и кремний (…–Si–O–Si–O–Si–O–…). К атомам кремния присоединяются боковые органические группы. Иногда боковые группы могут соединять вместе две (или более) кремнийоргани-ческие цепи. Варьируя длину основной цепи и боковые группы, можно синтезировать полимеры с разными свойствами.

Основное применение кремнийорганические полимерные материалы находят для создания термостойких и атмосферостойких покрытий, термостойких материалов, гидрофобизирующих жидкостей, герметиков и смазок.