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Was sind Proteinpolymere und wo werden sie eingesetzt?

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Polymere sind besondere Substanzen, die Wissenschaftler zu Recht als Höhepunkt der Evolution der unbelebten Natur bezeichnen, da sie die Grundlage für das Leben auf dem Planeten Erde gelegt haben. Diese Stoffe zeichnen sich durch eine große Vielfalt in ihren physikalischen Eigenschaften, ihrer Struktur, ihrer chemischen Zusammensetzung sowie ihrer Fähigkeit zur Veränderung aus. Zu den Polymeren gehören nicht nur so bekannte Materialien wie Kunststoff, sondern auch Proteinpolymere, die das Baumaterial für den menschlichen Körper sind, verschiedene Polysaccharide (z. B. Zellulose), DNA, in der der Erbcode von Lebewesen programmiert ist.

Was sind Proteinpolymere und wo werden sie eingesetzt?

Dank des Auftretens von Proteinpolymeren auf dem Planeten war unbelebte Materie in der Lage, Funktionen wie Selbstreproduktion, Übertragung von Erbinformationen, Reproduktion und Replikation auszuführen. Ihre Fähigkeit zur Veränderung ermöglicht es der Natur, durch natürliche Selektion Anpassungen an der DNA vorzunehmen.

Was sind Polymere?

Es ist ein großes Molekül, das aus kleineren Molekülen besteht, die durch starke kovalente Bindungen miteinander verbunden sind. Polymere können eindimensional (lineares Molekül bestehend aus Einheiten), zweidimensional oder dreidimensional sein.

In der anorganischen Chemie kann die Struktur vieler Silikatmineralien als ein-, zwei- oder dreidimensionale Polymere betrachtet werden. Cialis sind beispielsweise eine Art molekulares „Sieb”, durch das Wasser gefiltert wird, bevor es in die Wohnungen von Wohngebäuden gelangt. Cialide ist ein dreidimensionales Material, das wie ein durchbrochenes Netzwerk aus Luminosilikateinheiten aussieht.

Es gibt zwei Arten von synthetischen Polymeren: thermoplastische und duroplastische. Thermoplaste (Polyethylen, Polystyrol) können einer wiederholten Verarbeitung bei hohen Temperaturen standhalten, da das Erhitzen ihre Struktur nicht verändert. Beim Erhitzen verlieren Duroplaste ihre ursprüngliche Struktur, die nicht mehr wiederhergestellt werden kann. 

Bezieht sich auf weit verbreitete Polymere und Kunststoffe, die eine Legierung aus verschiedenen Härtern, Weichmachern und Stabilisierungsmitteln sind. Die Bandbreite von Kunststoffen ist riesig – sie sind aus dem Flugzeugbau, der Zahnmedizin, der Raumfahrt und dem Alltag nicht mehr wegzudenken.

Polymere sind organische Substanzen

In der organischen Chemie sind Polymere überwiegend eindimensional. Diese organischen Ketten können ungefaltet oder gewunden sein. Zum Beispiel fibrilläre Proteine ​​wie Kollagen, aus denen menschliche Sehnen und ein Drittel ihrer Proteinmasse bestehen. Kollagen hat eine große Festigkeit und besteht aus eindimensionalen Ketten.

Sehen Sie sich ein Video darüber an, was Polymere sind.

Organische Polymere – Proteine ​​​​können kugelförmig sein (eindimensionale Kette, die zu einer Kugel zusammengerollt ist – "Kügelchen"). Im Körper ist eine der wichtigen biologischen Funktionen von Proteinpolymeren enzymatisch. Kugelförmige Proteine ​​​​sind ein Katalysator – in jeder solchen "Spule" befinden sich spezielle Zentren mit erhöhter Aktivität, in denen chemische Reaktionen ablaufen, die durch die Proteinmatrix beschleunigt werden.

Proteinketten können durch starke Wasserstoffbrückenbindungen verbunden werden, die starke dreidimensionale Strukturen bilden, wie Keratin, Seide oder Zellulose. Zellulose kommt in der Rinde von Bäumen und Sträuchern vor und ist das weltweit am häufigsten vorkommende feste Polymer. Stärke ähnelt Zellulose, die sich in Wasser auflöst und vom menschlichen Körper aufgenommen wird. Sie müssen wissen, dass Zellulose und Stärke die gleiche chemische Substanz in der Formel sind, aber sich in der Struktur unterscheiden.

Was sind Proteinpolymere und wo werden sie eingesetzt?

Bei einer Reihe organischer Moleküle von Lebewesen sind Masse, Größe und Anzahl funktioneller Gruppen unbedeutend. Es gibt Makromoleküle, die Gewebe bilden oder genetische Informationen speichern. In einigen Fällen sind diese Moleküle Polymere. Beispielsweise sind komplexe Kohlenhydrate Polymere von elementaren Zuckern. Proteine ​​sind Polymere von Aminosäuren, während die Moleküle, die den genetischen Code speichern – RNA und DNA – Polymere von Nukleotiden sind. 

Die Zusammensetzung von Haaren, Federn und Wolle basiert auf dem Stoff Keratin, der ebenfalls als Polymer gilt. Die Außenskelette von Arthropoden, den häufigsten Vertretern des Tierreichs, bestehen aus einem Polymer des Chitins.

Entschlüsselung der Struktur von Proteinpolymeren

Nun kommt der Entschlüsselung der Struktur von Proteinen besondere Bedeutung zu. Proteine ​​haben mehrere Strukturebenen:

  • primär – eine direkte Kette von monomeren Blöcken;
  • sekundär – Teile der Proteinstruktur, verpackt in Standardeinheiten (Helices, Kügelchen, Blätter);
  • tertiär – eine Kombination mehrerer Standardeinheiten im Weltraum;
  • quaternär – wenn mehrere Proteinmoleküle miteinander verflochten sind

Mit dem Ausgangsmodell – der Primärstruktur des Proteins – können Sie seine minimale Energie berechnen. Die Forscher schauen sich an, wie es sich im Weltraum faltet, um die größtmögliche Stabilität zu gewährleisten, und bestimmen so die Menge an minimaler Energie.

Ein gewöhnliches Proteinmolekül ist sehr komplex – es besteht aus hundert Aminosäuren und hat eine Vielzahl von Freiheitsgraden. Wenn die Menschheit eines Tages lernt, die Struktur eines Proteins aus einer Aminosäuresequenz genau und schnell vorherzusagen, dann wird dies große Fortschritte bei der Lösung vieler medizinischer und biologischer Probleme ermöglichen.

Schließlich sind es Verstöße in der Struktur des Proteins, die häufig zu verschiedenen Krankheiten führen. Solche Krankheiten werden molekulare Krankheiten genannt und mehrere tausend sind derzeit entdeckt worden. Zu den molekularen gehören: Alzheimer-Krankheit, Verdauungsdystrophie, Sichelzellenanämie und viele andere.

Indem wir die Struktur des Proteins entschlüsseln, können wir verstehen, welche Art von Medizin diese Krankheiten heilen kann. Die experimentelle Berechnung der Struktur eines Proteins ist eine sehr schwierige und zeitaufwändige Aufgabe. Wenn es möglich wäre, ihm theoretisch voranzugehen, würde es erlauben, den Fortschritt in Biologie und Medizin zu beschleunigen.

Die allererste Struktur eines Proteins wurde entschlüsselt, dessen Molekül nur zwei Polypeptidketten (21 bzw. 30 Aminosäurereste) enthält. Dieses einfache Protein war Rinderinsulin. Jetzt sind Wissenschaftler in der Lage, die Struktur von nur kleinen Proteinen mit 30-40 Aminosäureresten zu entschlüsseln und planen, sie im Laufe der Zeit auf 100-200 zu erweitern. Dies ist derzeit die Hauptaufgabe der Biologie weltweit.

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