Высокомолекулярные соединения - это, как следует из названия, вещества большой молекулярной массы (больше 10000 г/моль). Таких веществ много: это пластики и прочие материалы, и компоненты пищи, и вещества живых организмов, включая даже известную ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту). Иначе такие вещества называются полимерами. Итак, с чего начать их изучение?
Давайте начнём с искусственных соединений. Например, полиэтилен получается полимеризацией этилена. По сути это тот же алкан, только очень длинный. В зависимости от условий получаются т.н. полиэтилены низкого давления (высокой плотности) и высокого давления (низкой плотности). В такую же реакцию могут вступать пропилен (пропен) и стирол, давая соответственно полипропилен и полистирол. Полистирол оказался удобным материалом: он дешёв, легко окрашивается и плавится без разложения, поэтому большая часть "пластмассы" - это именно полистирол.
Структура полимеров: полиэтилен, полипропилен и полистирол.
Однако первым полимером был поливинилхлорид (ПВХ) - полимер винилхлорида. Он практически негорюч, но при нагревании выделяет токсичные газы (в частности, хлороводород). Помимо этого, ПВХ неустойчив к ультрафиолету и становится хрупким на морозе, но его продолжают производить в гигантских количествах с момента открытия в конце 19 века. Виниловые пластинки потому и называются так, что делают их тоже из ПВХ.
Трубы из ПВХ
Синтетических полимеров масса, и упомянуть их все в небольшой статье не представляется возможным. Но стоит, пожалуй, выделить ещё две большие группы полимеров: это полиэфиры и полиамиды. К полиэфирам, например, относится полиэтилентерефталат (ПЭТФ) - полимер терефталевой кислоты и этиленгликоля. Самое широкое применение его - это изготовление пластиковых бутылок.
Структура полиэтилентерефталата
Полиамиды гораздо интереснее. Нейлон, кевлар, каптон - это всё примеры полиамидов. Они известны своей прочностью и устойчивостью к высоким температурам: из кевлара, например, делают одежду для автогонщиков. Эти свойства обеспечиваются за счёт водородных связей между амидными группами. Линейные полимеры в целом обладают не лучшими механическими свойствами, если только не образуются поперечные связи между отдельными цепями полимера. О поперечных связях подробнее чуть позже.
Поперечные сшивки в молекулах полиамидов
В природе тоже существуют полиамиды - полимеры альфа-аминокислот. Они называются белками и, в зависимости от последовательности аминокислот, могут обладать самыми разными свойствами. Примерами "хороших" с точки зрения механических свойств полимеров можно считать кератин - основной компонент волос и ногтей, а также фиброин - основной компонент шёлка. Кератин прочен и не тянется: это свойство обеспечивается как раз за счёт поперечных сшивок - дисульфидных мостиков между остатками цистеина. Фиброин не имеет таких сшивок, поэтому может удлиняться примерно на 15% при растяжении, прежде чем разорваться.
Структура фрагмента белка.
Но дело не только в механических свойствах. Белки состоят из 20 т.н. протеиногенных аминокислот, и разнообразие их биологических функций поражает воображение. Это и родопсин - белок, преобразующий свет в нервные импульсы, позволяя таким образом работу зрения; это разнообразные пищеварительные ферменты, которые расщепляют пищу на отдельные фрагменты, позволяя ей усваиваться. Кстати, если в пище содержатся белки, и пищеварительные ферменты сами являются белками, то почему они не расщепляют сами себя?..
Расщепление питательных веществ (например, глюкозы) для получения энергии, синтез необходимых клетке или всему организму веществ, и даже воспроизводство - деление клеток - всё это осуществляется ферментами. На вопрос "а что же тогда синтезирует ферменты?" ответ вполне предсказуем: другие ферменты, а вернее, целый оркестр из нескольких десятков белковых молекул, собранных в одну структуру, которая называется рибосомой. Рибосомы (и не один десяток!) есть в каждой клетке каждого организма, и их структура практически одинакова даже у мало родственных организмов (если, конечно, не сравнивать между собой рибосомы человека и, например, бактерий - тогда да, некоторые различия всё-таки есть).
>>>Часть 2
