МОНОМЕРЫ

Мономерами белков являются какие вещества? Что такое мономеры белков?

Белки являются биологическими полимерами со сложнейшей структурой. Они имеют высокий молекулярный вес и состоят из аминокислот, простетических групп, представленных витаминами, липидных и углеводных включений. Белки, содержащие углеводы, витамины, металлы или липиды, называются сложными. Простые белки состоят только из аминокислот, соединенных между собой пептидной связью.

Пептиды

Независимо от того, какую структуру имеет вещество, мономерами белков являются аминокислоты. Они образуют базовую полипептидную цепочку, из которой затем формируется фибриллярная или глобулярная структура белка. При этом белок может синтезироваться только в живой ткани — в растительных, бактериальных, грибковых, животных и прочих клетках.

Единственными организмами, которые не могут соединять мономеры белков, являются вирусы и простейшие бактерии. Все остальные способны образовывать структурные белки. Но какие вещества являются мономерами белков, и как они образуются? Об этом и о биосинтезе белка, о полипептидах и образовании сложной белковой структуры, об аминокислотах и их свойствах читайте ниже.

Единственным мономером молекулы белка служит любая альфа-аминокислота. При этом белок — это полипептид, цепочка из соединенных аминокислот. В зависимости от количества аминокислот, участвующих в его образовании, выделяют дипептиды (2 остатка), трипептиды (3), олигопептиды (содержит от 2-10 аминокислот) и полипептиды (множество аминокислот).

Обзор структуры белков

Структура белка может быть первичной, чуть более сложной — вторичной, еще более сложной — третичной, и самой сложной — четвертичной.

Первичная структура — это простая цепь, в которую посредством пептидной связи (CO-NH) соединены мономеры белков (аминокислоты). Вторичная структура — это альфа-спираль или бета-складки. Третичная — это еще более усложненная трехмерная структура белка, которая образовалась из вторичной вследствие образования ковалентных, ионных и водородных связей, а также гидрофобных взаимодействий.

Четвертичная структура является самой сложной и свойственна рецепторным белкам, расположенным на клеточных мембранах.

В данном случае, как и при первичной, вторичной и третичной структурах, мономерами белков являются альфа-аминокислоты. Они также соединены пептидными связями. Отличие состоит лишь в сложности структуры.

Аминокислоты

Единственными мономерами молекул белков являются альфа-аминокислоты. Их всего 20, и они являются чуть ли не основой жизни. Благодаря появлению пептидной связи, синтез белка стал возможным.

А сам белок после этого начал выполнять структурообразующую, рецепторную, ферментативную, транспортную, медиаторную и прочие функции.

Благодаря этому живой организм функционирует и способен воспроизводиться.

Сама альфа-аминокислота представляет собой органическую карбоновую кислоту с аминогруппой, соединенной с альфа-углеродным атомом. Последний расположен рядом с карбоксильной группой. При этом мономеры белков рассматриваются как органические вещества, у которых концевой углеродный атом несет и аминную, и карбоксильную группу.

Соединение аминокислот в пептидах и белках

Аминокислоты соединяются в димеры, тримеры и полимеры посредством пептидной связи. Она образуется путем отщепления гидроксильной (-ОН) группы от карбоксильного участка одной альфа-аминокислоты и водорода (-Н) — от аминогруппы другой альфа-аминокислоты.

В результате взаимодействия отщепляется вода, а на карбоксильном конце остается участок С=О со свободным электроном около углерода карбоксильного остатка. В аминогруппе другой кислоты имеется остаток (NH) с имеющимся свободным радикалом у азотного атома.

Это позволяет соединить два радикала с образованием связи (CONH). Она называется пептидной.

Варианты альфа-аминокислот

Всего известно 23 альфа-аминокислоты.

Они представлены в виде списка: глицин, валин, аланин, изолецин, лейцин, глутамат, аспарагинат, орнитин, треонин, серин, лизин, цистин, цистеин, фенилаланин, метионин, тирозин, пролин, триптофан, оксипролин, аргинин, гистидин, аспарагин и глутамин. В зависимости от того, могут ли они синтезироваться организмом человека, эти аминокислоты делятся на заменимые и незаменимые.

Понятие о заменимых и незаменимых аминокислотах

Заменимые организм человека может синтезировать, тогда как незаменимые должны поступать только с пищей. При этом и незаменимые, и заменимые кислоты важны для биосинтеза белка, потому как без них синтез не может быть завершен. Без одной аминокислоты, даже если все остальные присутствуют, невозможно построить именно тот белок, который требуется клетке для выполнения своих функций.

Одна ошибка на любом из этапов биосинтеза — и белок уже непригоден, потому как не сможет собраться в нужную структуру из-за нарушения электронных плотностей и межатомных взаимодействий. Потому человеку (и прочим организмам) важно потреблять белковые продукты, в которых имеются незаменимые аминокислоты. Их отсутствие в пище приводит к ряду нарушений белкового обмена.

Процесс образования пептидной связи

Единственными мономерами белков являются альфа-аминокислоты.

Они постепенно соединяются в цепочку полипетида, структура которой заранее сохранена в генетическом коде ДНК (или РНК, если рассматривается бактериальный биосинтез).

При этом белок — это строгая последовательность аминокислотных остатков. Это цепочка, упорядоченная в определенную структуру, выполняющая в клетке заранее запрограммированную функцию.

Этапная последовательность белкового биосинтеза

Процесс образования белка состоит из цепи этапов: репликация участка ДНК (или РНК), синтез РНК информационного типа, ее выход в цитоплазму клетки из ядра, соединение с рибосомой и постепенное прикрепление аминокислотных остатков, которые поставляются транспортной РНК. Вещество, что является мономером белка, участвует в ферментативной реакции отщепления гидроксильной группы и протона водорода, а затем присоединяется к наращиваемой полипетидной цепочке.

Таким образом получается полипептидная цепочка, которая уже в клеточном эндоплазматическом ретикулуме упорядочивается в некую заранее заданную структуру и дополняется углеводным или липидным остатком, если это требуется. Это называется процессом «созревания» белка, после чего тот направляется транспортной клеточной системой к месту назначения.

Функции синтезированных белков

Мономерами белков являются аминокислоты, необходимые для построения их первичной структуры. Вторичная, третичная и четвертичная структура уже образуется сама, хотя иногда также требует участия ферментов и прочих веществ. Однако они уже не являются основными, хотя и крайне необходимы, чтобы белки выполняли свою функцию.

Аминокислота, что является мономером белка, может иметь места прикрепления углеводов, металлов или витаминов.

Образование третичной или четвертичной структуры дает возможность найти еще больше мест для расположения вставочных групп.

Это позволяет создать из белка производное, которое играет роль фермента, рецептора, переносчика веществ в клетку или из нее, иммуноглобулина, структурного компонента мембраны или клеточной органеллы, мышечного белка.

Белки, образованные из аминокислот, являются единственной основой жизни. И сегодня считается, что жизнь как раз зародилась после появления аминокислоты и вследствие ее полимеризации.

Ведь именно межмолекулярное взаимодействие белков и есть начало жизни, в том числе и разумной.

Все остальные биохимические процессы, включая энергетические, нужны для реализации белкового биосинтеза, и как результат, дальнейшего продолжения жизни.

Что такое полимеры и мономеры?

Одним из важнейших направлений в органической химии является изучение и создание полимерных материалов, из которых сегодня изготавливается множество изделий бытового и промышленного назначения.

Это сложная тема, но разобраться в ней хотя бы в общих чертах необходимо, чтобы лучше понимать свойства и особенности разных видов полимеров.

Что такое мономеры?

В органической химии мономерами принято называть атомы, группы атомов либо небольшие молекулы, которые способны образовывать устойчивые полимерные цепочки.

Слово образовано от двух греческих: «моно» — один, единичный, и «мерос» — часть.

Чаще всего в качестве мономеров выступают органические вещества – этилен, ацетилен, алкены и т.д.

В качестве примера натуральных мономеров можно вспомнить аминокислоты, которые, полимеризуясь, образуют сложные белковые молекулы.

Находящиеся в клеточном ядре нуклеотиды образуют чрезвычайно важные естественные полимеры – нуклеиновые кислоты РНК и ДНК.

Но подавляющее большинство полимеров, используемых современной промышленностью, получены всё же путём органического синтеза на химических предприятиях, из акриламида и акриловой кислоты, этилена и ацетилена, винила хлорида и др.

Что такое полимеры?

Слово «полимер» получено из греческих слов «поли» — много и «мерос» — часть. Это химическое вещество, преимущественно органическое, молекула которого состоит из большого количества одинаковых молекулярных отрезков-мономеров.

Полимеры часто называют высокомолекулярными соединениями (ВМС), так как их молекулярный вес чрезвычайно высок и достигает сотен тысяч и даже миллионов единиц. Полимеры образуются в результате химических реакций поликонденсации и полимеризации.

Существует три типа формирования полимерных молекул:

— линейный, когда мономерные отрезки соединены друг с другом в виде длинной цепи двумя связями;

— сетчатый, когда макромолекула образует сетчатую структуру, а каждый мономер связан с другими при помощи трёх или четырёх связей;

— разветвлённый, сочетающий в одной молекуле двухвалентные (с двумя связями) и трёх-четырёхвалентные мономеры.

Если же нагревать линейный или разветвлённый полимер, то он превращается в пластичную массу, а после застывания восстанавливает свои свойства, поэтому они пригодны для многоразового использования.

Получение полимеров химическим путём

Полимеры образуются из отдельных мономеров в ходе процессов поликонденсации либо полимеризации. Поликонденсация возможна для мономеров, состоящих из двух или нескольких атомных групп. В макромолекуле полимера, как правило, элементарное звено отличается по составу от исходного мономера.

В ходе реакции некоторые атомы теряются, и из них образуется, помимо полимера, другое вещество. Ярким примером служит поликонденсация капрона из аминокапроновой кислоты, протекающая с выделением молекул воды из «потерянных» атомов водорода и гидроксильной группы.

В процессе полимеризации единичные мономеры соединяются в молекулу полимера целиком, без потери атомов. При этом кратные связи в молекулах мономера преобразуются в одинарные, а валентные электроны вторых связей служат для установления связей между молекулами мономеров. Именно так из этилена образуется полиэтилен.

Природные и синтетические полимеры

Некоторые виды полимеров образуются естественным путём. Примерами натуральных полимеров могут служить таким распространённые вещества, как целлюлоза, крахмал, волокна шерсти, шёлка или хлопка, натуральный каучук, а также все виды белковых соединений.

Большинство видов полимеров получают искусственным путём в ходе полимерного синтеза из дешёвых и доступных видов органического сырья – каменного угля, природного газа, различных фракций нефти и т.д. Это разнообразные пластмассы, синтетические волокна, вспененные материалы, синтетический каучук и т.д.

Многие синтетические полимеры по прочности, химической стойкости, водонепроницаемости и ряду других важных свойств существенно превосходят натуральные материалы.

Кроме того, в производстве полимеры намного дешевле природных материалов, поэтому их широко используют во всех сферах промышленности и быта.

Мономеры

Мономер представляет собой особое вещество, которое образуется после протекания определенной химической реакции. Также мономерами обозначает все повторяющиеся частицы, которые входят в состав полимерных молекул.

При этом получение мономеров достигается в процессе полимеризации. У данных веществ есть классификация. Согласно ней, все мономеры различаются между собой согласно своей функциональности. Существует бифункциональные мономеры, в составе которых присутствует две группы, способные вступать в дальнейшем химические реакции.

Соответственно трифункциональные мономеры имеют свои особенности и больше возможностей. Но, с другой стороны, многофункциональность в мономерах невозможна, ведь данные вещества неспособны полимеризации. Благодаря особенностям своего строения они фактически прерывают полимерную цепь.

Однако, с другой стороны, мономеры все же могут использоваться во всех разбавителях и модификации в различных реакционных смесях.

Здесь всё зависит от:

• условий, при которых протекают подобные реакции,
• пропорций веществ,
• специально созданной среды, позволяющей ускорить получение нужного результата.

Существуют и другие вещества, составной частью которых являются мономеры. Но если смешать между собой два мономера, которые способны самостоятельно вступать в реакции полимеризации, чистых цепей в итоге не получится.

Получение мономеров

Удивительно, но некоторые вещества можно получить только в определённых лабораторных условиях.

Это обусловлено тем, что химики знают, как правильно ускорять некоторые процессы и какое количество вещества для этого потребуется.

Поэтому такие элементы, как органические мономеры, нуждаются в контроле над протеканием всей химической реакции, чтобы впоследствии образовались нужные компоненты.

Одним из самых распространенных методов, позволяющих получить мономеры, является реакция на перераспределения различных заместителей у атомов, присутствующих в кремнии. При этом данный метод представляет собой ценность ещё и потому, что позволяет осуществлять производство тех типов мономеров, получить которые практически невозможно, используя другие способы.

Ведь подобные реакции являются затратными с финансовой точки зрения. Во время подобных процедур израсходуются так же значительные объёмы электроэнергии.

Из-за особенностей, которые присущи определённым химическим веществам, строение мономера представляет собой сложную систему, каждый из элементов которой занимает в ней своё собственное и правильное место.

Чтобы создать нечто подобное в лабораторных условиях понадобятся химические вещества, позволяющие создать все условия для правильного протекания этого процесса.

Кроме того, существует и другой способ, благодаря которому можно получить мономеры. Суть второго процесса состоит в использовании пентапласта.

Почему при проведении нескольких последовательных химических реакций можно получить сырые мономеры. Завершающим этапом на пути к получению данного вещества является ректификация. Для протекания этого процесса необходимо создать определенную атмосферу из азота. Вся реакция происходит под вакуумом. Только так появляется возможность получить по консистенции необходимое вещество.

Промышленность подобные методы не могут быть перенесены из-за объемов производства и больших затрат на приобретение всех необходимых для правильного протекания всех реакций химических веществ.

Преимущества мономеров

В самих мономерах существует несколько групп, позволяющих веществу находиться в определенном устойчивом состоянии. Поэтому не только полярные, но также неполярные группы способны оказывать значительное влияние на свойства защитного покрытия.

Все дело в том, что:

• мономеры отличаются прочной структурой,
• их зачастую используют для создания различных типов защитного покрытия,
• химические вещества способны создавать новые элементы, если правильно провести соответствующие реакции.

В отличие от лабораторных методов, технически позволяют произвести синтез мономеров при меньших финансовых затратах.

Важно так же понимать тот факт, что при создании подобных химических веществ особую роль играет переработка всевозможных элементов, относящихся к классам взрывоопасных.

Поэтому при работе с подобными химическими веществами необходимо соблюдать все правила пожарной безопасности и четко следовать ранее установленным пропорциям составов, необходимых для последующего протекания реакций синтеза.

Применение мономеров

Как уже было сказано выше, мономеры применяют для создания защитных покрытий. Однако сфера, в которой они используются, достаточно широка. Таким образом, из мономеров зачастую изготавливают некоторые ароматизированные вещества. С промышленной точки зрения подобные элементы важны.

Из некоторых типов мономеров впоследствии можно «собрать» более сложные вещества. Например, основанные на нескольких элементах полимеры вполне могут стать важной составляющей при производстве всевозможного сырья из нефти и подобных ей химических элементов.

Интерес к мономерам в последние годы значительно возрос из-за возможности их использования в различных сферах человеческой жизнедеятельности.

Для России данное вещество могло бы стать отличным способом значительно улучшить положение экономики. Ведь, если при помощи мономеров производить всевозможные защитные покрытия для различных типов поверхностей, не понадобится осуществлять их закупку за рубежом. Этот факт значительно снизит уровень затрат на организацию и проведение всевозможных химических реакций.

Наша страна богата всевозможными запасами природных ископаемых и различных по своей структуре химических элементов. Однако необходимо организовать процесс добычи необходимых для промышленности веществ – правильно. Нельзя бездумно использовать все дары природы, не привнося в неё ничего взамен.

На данный момент в нашем государстве происходит реорганизация большинства сфер промышленности. Это позволит заменить старое оборудование на заводах более совершенным и, таким образом, выйти на совершенно новый в экономическом плане уровень развития.

Если рассматривать процесс получения мономеров, то он является больше химическим, нежели технологическим. Так как реакции происходят без вмешательства специалистов. Они просто создают для и протекания благоприятную среду и в результате получают нужный им мономер.

Так как Россия может себе позволить проводить подобные химические реакции в пределах узкоспециализированных предприятий, у страны появляется уникальная возможность стать лидером среди других, развивающихся в промышленном плане стран мира. С другой стороны, отрасль требует к себе особого внимания и дополнительных финансовых затрат, а также инвестиций, на проведение определённых опытов выявляющих новые и наиболее приемлемые для промышленности способы получения мономеров.

Только после этого можно будет работать с уже проверенными специалистами способами, позволяющими получить нужный мономер в лабораториях или же при необходимости прямо на заводах.

Кроме современных, существуют так же и отечественные технологии, которые основаны на более простых способах, позволяющих создать в результате протекания различных химических реакций нужное по составу вещество.

Но, несмотря на то, что данный процесс представляет собой ряд определённых реакций от последовательности которых зависит, будет ли результат положительным, важно изначально использовать только качественное сырьё.

Многие страны сталкиваются на данный момент с дешёвыми поддёлками, не способными обеспечить полноценное протекание определённых типов реакций. Удивительно, но узнать, является ли данное вещество оригиналом практически невозможно без применения дорогостоящих индикаторов.

Поэтому Россия стремится вытеснить подобных несознательных производителей, чтобы занять их место на мировых рынках. Всё дело в том, что отсутствие инвестиций в данную область сказывается на недостаточном изучении данной темы. Необходимо создать в промышленности отдельное направление, которое занималось ба решением всех проблем, связанных с получением мономеров в лабораторных условиях.

Чтобы такие страны как Россия смогли обеспечить полноценное изучение данной темы, необходимо приобретать сырьё по достаточно доступной для производителей стоимости. Ведь если исходная цена будет высокой, нет гарантии в том, что при последующем производстве мономеров расходы на его получение окупятся сполна.

При этом нужно использовать незначительное количество исходного сырья. То есть, пропорции веществ должны быть рассчитаны правильно, чтобы не происходил перерасход материалов, принимающих участие в последующем промышленном производстве мономеров.

Но самым главным условием положительного результата выступает качество уже готовой продукции. Если она отличается от дешёвых товаров своей прочностью и долговечностью подобный производитель будет высоко цениться.

Фактически разные группы в мономерах осуществляют своё влияние на формирование и последующие функциональных характеристики большинства защитных покрытий. Важность здесь представляет их соотношение между собой. От него напрямую зависит конечный результат большинства реакций, направленных на получение мономеров, а также их дальнейшее использование в промышленности.

Поэтому производителям следует, прежде всего, задуматься над тем, что исходный состав веществ, который необходим для получения мономеров, должен быть правильно рассчитан.

А если каждое вещество при этом будет состоять из качественных составных элементов, исчезнет необходимость в том, чтобы израсходовать химические вещества на производство некачественных товаров.

При проведении химических реакций необходимо так же соблюдать все меры безопасности!

Таблица. Перечень мономеров, полимеров и их названий