Молекулу будову. Поява поняття «атомно-молекулярна будова речовини»

Розглянемо для початку два об'єкти - алмаз та кальцит, структура яких досить характерна для звичайної речовини:

У природі часто зустрічаються подібні речовини. Ми бачимо, що вони мають упорядковану форму, і тому є свої причини, що стане зрозумілим при розподілі речовини на більш дрібні частини. Відкладемо убік алмаз (наш бюджет не дозволить проводити з ним експерименти) і почнемо дробити кальцит за допомогою долота та молотка. Він розпадеться на дрібні шматки, але – що найцікавіше – ці шматки повторюватимуть структуру великого шматка. Незважаючи на розміри, можна помітити, що кути між гранями та площинами залишаються постійними. Роздробивши мінерал на дрібні частинки і розглянувши їх під мікроскопом, ми побачимо ту саму, вже відому нам форму. Виявляється, таку будову мають навіть найдрібніші частинки речовини.

Хіміки, які називають кальцит карбонатом кальцію, скажуть, що його структура складається з карбонатної групи (3, в якій атом вуглецю з'єднаний з трьома атомами кисню) і одного атома кальцію. Фізичні спостереження показують, що численні карбонатні групи та атоми кальцію розташовані у просторі під тими самими кутами, що й грані великого кристала кальциту.

Отже, видима структура матеріалу повторює кристалічну структуру. Це та сама структура, тільки в багато разів збільшена.

Фізичні властивості речовини на макроскопічному рівні відображають закономірності мікроскопічному рівні.

Структура біологічного матеріалу також визначається його молекулярною будовою. Багато біологічних структур схожі на кристали, і під мікроскопом видно їх красиві, чіткі форми. Ми вже бачили, як упорядковано клітини всередині організму. Таке розташування залежить від структури матеріалів, у тому числі вони складаються.

Клітини і тканини всіх організмів складаються з тих самих речовин. Насамперед, це вода.Перед води припадає близько 70-90% всіх біологічних речовин, і тому фізичні і хімічні властивості води багато чому визначають властивості біологічного матеріалу. У воді розчинені солі таких елементів, як натрій, калій, кальцій, магній та хлор. Частка, що залишилася, припадає на органічні речовини,які складаються з атомів вуглецю (С), пов'язаних з атомами водню, кисню, азоту (N) та іноді сірки (S) та фосфору (Р).

Найпростіші органічні молекули, які можна зустріти в природному газі або нафті, - метан, етан і пропан.

Вони називаються вуглеводнями, оскільки складаються з атомів вуглецю та водню. Ці атоми можна зобразити у вигляді крихітних кульок, з'єднаних між собою хімічними зв'язками.За хімічного зв'язку два атоми ділять між собою пару електронів - по одному від кожного атома. На наших малюнках зв'язок між двома атомами зображено у вигляді лінії. Кожен елемент характеризується валентністю,або здатністю утворювати певну кількість хімічних зв'язків. Валентність вуглецю дорівнює чотирьом, тому кожен атом вуглецю може бути пов'язаний із чотирма іншими атомами; завдяки цій його властивості утворюється велика кількість різних поєднань атомів, що призводить до величезної різноманітності органічних молекул (рис. 3.3). Дві та три паралельні лінії означають подвійний та потрійний зв'язок відповідно. Зв'язок за допомогою пари електронів називається ковалентний;вона дуже міцна, для її розриву потрібна значна кількість енергії, тому органічні молекули досить стабільні. Однак зв'язки легко розриваються при згорянні (окисленні), вивільняючи велику кількість енергії, тому вуглеводні є цінним видом палива.

У найпростішій органічній молекулі метану атом вуглецю пов'язаний лише з чотирма атомами водню. В іншій молекулі атом вуглецю з'єднаний одним зв'язком з іншим атомом вуглецю, утворюючи ланцюг С-С, на кінцях якого розташовуються атоми водню. Ланцюг С-С може досягати дуже великої довжини; молекули воску, наприклад, складаються з 30-36 атомів вуглецю. Ланцюг атомів вуглецю може також замикатися в кільця різного розміру. Але найбільша різноманітність виходить від з'єднання атомів вуглецю з групами атомів інших елементів. Наприклад, гідроксильна група ВІН (кисень, пов'язаний з воднем), приєднана до вуглецевого ланцюга, утворює спирт (алкоголь).

Рис. 3.3. Різноманітність органічних молекул, основним елементом яких є атоми вуглецю, як правило, з'єднані в ланцюгу. Кожна лінія між атомами відповідає зв'язку, тобто загальній парі електронів. Подвійні та потрійні лінії позначають подвійні та потрійні зв'язки між атомами. Складніші молекули, особливо ті, що мають кільцеві структури, зазвичай зображуються у вигляді ліній, у місцях з'єднання яких атоми вуглецю (часто з одним або двома атомами водню) не позначаються. Оскільки валентність вуглецю дорівнює чотирьом, кожен атом вуглецю повинен мати чотири зв'язки; якщо показано лише три зв'язки атома вуглецю, то з цим атомом має бути пов'язаний ще один атом водню

Аміногрупа, що складається з атома азоту та двох атомів водню (NH 2), з'єднана з вуглецевим ланцюгом, утворює амін.У більш складних групах атом кисню пов'язаний з атомом вуглецю подвійним зв'язком (С=О), і одна з таких комбінацій, карбоксильна групаСООН утворює молекулу кислоти. (Кислотою називається будь-яка хімічна сполука, що утворює іониводню; пригадаємо, що іонами називаються позитивно та негативно заряджені атоми або групи атомів.)

Комбінації всіх видів цих груп з вуглецевими ланцюгами різної довжини та кільцями дає надзвичайно велику кількість органічних сполук, але в живих організмах часто трапляються лише деякі з них. Найважливіші сполуки – білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи та ліпіди.

Ліпіди,до яких належать всім відомі жири та олії, складаються з довгих вуглецевих ланцюгів - зазвичай з 16-18 атомів вуглецю. Ми чудово знайомі з їхніми властивостями: адже це ті самі речовини, що залишають плями на одязі, що не змиваються. Всі знають, що вода та олія не змішуються. Речовини, що змішуються з водою, називаються гідрофільними(буквально «люблять воду»), а речовини, які, подібно до масла, не змішуються з нею, називаються гідрофобними(«Боїться води»). (Жирні, маслянисті плями на одязі слід видаляти за допомогою сухих очищувачів, до складу яких входять такі розчинники як тетрахлорид вуглеводу, або ж за допомогою розчинників, що містять бензин, який також гідрофобен.) По суті, ліпіди можна визначити як речовини, що розчиняються тільки в гідрофобних розчинників.

Інші важливі біологічні речовини відрізняються величезним розміром своїх молекул. Молекулярна вага невеликих молекул, таких як пропан, бензин або цукор (на зразок глюкози), не перевищує двох сотень одиниць. На відміну від них, білки, нуклеїнові кислоти та деякі інші будівельні матеріали клітин утворені великими молекулами - макромолекулами, тому що їхня молекулярна вага обчислюється тисячами одиниць і більше. У тому, що будівельні матеріали клітин бувають настільки великими, нічого незвичайного немає, адже й ми при будівництві використовуємо довгі сталеві балки та перекриття із фанери та залізобетону. Тверді частини клітин також складаються із великих компонентів.

Але ці макромолекули мають порівняно нескладну структуру. Вони є полімери,що складаються з повторюваних однакових, або ідентичних молекул, званих мономерами:

Наприклад, вуглеводні складаються з Сахарів, які є невеликими органічними молекулами з формулою на кшталт С 6 Н 12 Про 6 . Сахара, які мають найбільший інтерес для нас, - такі, як глюкоза, галактоза і манноза - мають складну структуру. Вони можуть з'єднуватись один з одним, утворюючи довгі ланцюги, іноді навіть з відгалуженнями. Коли молекули глюкози з'єднуються специфічним чином (хіміки називають це бета 1:4 зв'язком), виходить целюлоза:

Целюлоза – міцний волокнистий матеріал, з якого складаються стінки рослинних клітин, і як наслідок це основна складова деревини. Але якщо молекули глюкози з'єднуються інакше (альфа 1:4 зв'язок, іноді з гілками 1:6), виходять крохмаль і глікоген - основний запасний матеріал рослин і тварин. Інші цукру в різних сполуках утворюють пектини та камеді, з яких складається соковита м'якоть плодів та інших частин рослин. Всі ці полімери, маса яких сягає кількох тисяч одиниць, називаються полісахаридами,а складові їх мономери (цукри) - моносахаридами.Інші полімери також мають назви, що починаються на приставку «полі-», що означає «багато».

Одні з найважливіших полімерів, білки,складаються з довгих ланцюгів мономерів - амінокислот.Амінокислоти названі так, тому що містять аміногрупу (NH 2) та групу органічної кислоти (СООН). Дві амінокислоти зчеплюються за допомогою сполуки карбоксильної групи однієї з аміногрупою іншої та виділенням молекули води:

Утворена молекула (Дипептид)на одному кінці, як і раніше, має аміногрупу, а на іншому - кислу групу, тому до неї можуть приєднуватися інші амінокислоти. Три амінокислоти утворюють трипептид,і так далі; молекула з багатьох амінокислот називається поліпептидом,що, власне, і є білок. У типовому білку в один довгий ланцюг з'єднано 200-300 амінокислот. (Коли амінокислота втрачає аміногрупу та кислотну групу, вбудовуючись у ланцюг, вона називається залишкомамінокислоти.) Оскільки у середньої амінокислоти молекулярна вага дорівнює приблизно 100 одиниць, то ланцюг у 300 амінокислот, або середній білок, має атомну вагу близько 3000 одиниць.

Природні білки утворюються з 20 видів амінокислот, що відрізняються лише структурою свого бічного ланцюга (табл. 3.1). Амінокислоти можуть поєднуватися в будь-якій послідовності, тому клітини здатні виробляти величезну кількість видів білків. Їхня ймовірна різноманітність виходить за рамки людського уявлення. Якщо є 20 видів амінокислот, то 2 амінокислоти – 400 видів дипептидів (з двома залишками). Трипептидів вже буде 8 тисяч видів, тетрапептидів – 160 тисяч, а ланцюгів із 300 амінокислот – 20 300 видів. Така величезна кількість неможливо собі уявити. Всі білки, що колись вироблялися земними організмами, становлять лише невелику частину можливого розмаїття.

Кожен вид білка відрізняється унікальною послідовністю амінокислот. Наприклад, у людини молекула гемоглобіну, що входить до складу червоних кров'яних тілець – еритроцитів, переносить кисень із кров'ю. Вона починається з послідовності Val-H is-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys-Ser-Ala-Val-Thr-Ala (літерні скорочення означають ту чи іншу амінокислоту). У звичайної людини кожна молекула гемоглобіну починається саме з цієї послідовності.

У найпростішому організмі виробляється щонайменше близько двох тисяч різних білків, а складних організмах, наприклад в людини, - близько 30-50 тисяч. (Нещодавні дослідження визначили саме такий діапазон, хоча точна кількість залишається невідомою.) Кожен білок має структуру, що підходить для виконання різних функцій, оскільки білки – це основні «робочі коні» організму. Вони виконують практично всі функції, які ми ототожнюємо з поняттям «живий організм»:

♦ білки – це ферменти,які прискорюють та контролюють усі хімічні реакції в організмі;

♦ білки утворюють видимі структури тіла: кератини є будівельним матеріалом волосся, шкіри та пір'я; колагени входять до складу хрящів та кісток;

♦ білки утворюють волокна, які скорочують та розтягують м'язи та інші рухливі утворення, такі як вії та джгутики;

♦ білки становлять важливий клас гормонів,які передають сигнали від одного виду клітин в організмі до іншого виду клітин;

♦ білки утворюють рецептори,які одержують сигнали, з'єднуючись з іншими молекулами; клітина отримує сигнали від гормонів, якщо молекула гормону з'єднується з одним із її
рецепторів; рецептори, завдяки яким ми відчуваємо смак і запах, дозволяють організму розпізнавати наявність невеликих молекул у зовнішньому середовищі та реагувати на них; білки переносять іони та невеликі молекули через клітинні мембрани, що необхідно для роботи нашої нервової системи та таких
органів, як нирки; білки регулюють усі види процесів та стежать
для того, щоб вони відбувалися з потрібною швидкістю.

Зрозуміти, яким чином влаштовані клітини і як вони працюють, можна лише дізнавшись докладніше про деякі функції білків.

Кінець роботи -

Ця тема належить розділу:

Генетика

GENETICS.. A BEGINNER S GUIDE.. B GUTTMAN A GRIFFITHS D SUZUKI AND T CULLIS..

Якщо Вам потрібний додатковий матеріал на цю тему, або Ви не знайшли те, що шукали, рекомендуємо скористатися пошуком по нашій базі робіт:

Що робитимемо з отриманим матеріалом:

Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:

Всі теми цього розділу:

Гуттман Б., Гріффіте Е., Сузукі Д., Кулліс Т
Г97 Генетика / Бартон Гуттман, Ентоні Гріффіте, Девід Сузукі, Тара Кулліс. - Пров. з англ. О. Перфільєва. – М.: ФАІР-ПРЕС, 2004. – 448 с: іл. – (Наука & Життя).

Генетика: минуле, сьогодення та майбутнє
«Чому у Джиммі руде волосся, як у мами, а в його тата чорне?» «Чому у людей не народжуються цуценята?» «А якщо кінь одружується з коровою, у них будуть діти?» «Чому Мері така

Пошуки порядку та сенсу
Мікробіолог і генетик Франсуа Жакоб якось зауважив, що «людському мозку просто необхідно знайти якийсь лад у Всесвіті». Будь-яка дитина відразу після народження не має жодної системи, з

Сучасний образ науки
Генетика - найважливіша галузь сучасної біології, й у того, щоб краще зрозуміти її, потрібно спочатку усвідомити, що таке наука загалом. Наука - це різновид людської діяльності, важлива сос

Перспективи сучасної генетики
Якщо виходити з соціокультурного контексту, зрозуміло, чому генетика пробуджує такий інтерес і чому відкриття в її галузі мають такі далекосяжні наслідки. В останні роки була відкрита мо

Примітивний інтерес до спадковості
Якщо зазирнути в минуле, то свідчення інтересу до питань спадковості можна знайти ще в період палеоліту, коли люди почали розуміти, що таке розмноження. Візьмемо для прикладу рис

Одомашнення рослин та тварин у дзеркалі міфу
У численних малюнках, творах образотворчого мистецтва та міфах давні люди відобразили появу кожної з культурних рослин та одомашнених тварин, які дуже вплинули на

Наукові теорії спадковості
Подібність дітей та їхніх батьків відзначається всіма. Стародавні люди вважали, що схожі люди мають спільних предків, і тому особливу увагу приділяли спорідненості. Крім того, що родинні зв'язки скріплювали

Звідки беруться діти?
Величезна роль спадковості для суспільства не тільки з фізіологічної, але і з культурної точок зору, а також зацікавленість у здоровому потомстві змусили людство замислитися, яким же

Будова клітин
Як телескоп революційним чином перетворив астрономію, і мікроскоп допоміг людям зрозуміти, із чого складаються живі організми. Можна уявити, яке здивування і здивування позначилося на обличчях

Зростання та біосинтез
Одна з очевидних властивостей живого організму - здатність до зростання. Зростання будь-якого організму, наприклад людини, є наслідком двох процесів: зростання клітин та його поділу. Чолов

Ферменти
Лінію збирання на заводах обслуговують люди (хоча тепер їх дедалі частіше замінюють роботи). Хто ж обслуговує шляхи метаболізму в організмі? Яким чином відбуваються хімічні реакції, що перетворюють один м

Синтез полімерів
При первинних метаболічних процесах синтезуються всі амінокислоти, цукри, ліпіди та інші невеликі молекули клітини, які йдуть на утворення таких макромолекул, як білки та полісахариди. П

Клітини як фабрики із самовідтворення та самооновлення
Постараємося ще раз уявити, як працює організм. З навколишнього середовища він отримує речовину-сировину і по різних шляхах метаболізму перетворює його на молекули своєї структури - робить з первинних

Революційне відкриття: закони Менделя
Таємниця передачі ознак у спадок завжди приваблювала людей. У першому столітті до зв. е. давньоримський філософ Лукрецій зауважив, що діти іноді схожі на своїх дідусів або прадідусів. Століттям після П

Відкриття Менделя
Грегор Мендель першим наблизився до розгадки стародавньої таємниці. Він був ченцем у Брюннському монастирі (нині Брно, Чехія) і окрім викладацької діяльності займався на дозвіллі досвідами з схрещування.

Родовід
Крім підрахунку кількості рослин та тварин з тими чи іншими ознаками, отриманими при випадковому схрещуванні, корисно дослідити механізм спадковості на прикладі родоводів (людей чи дім)

Групи крові
Непоганим уроком генетики може виявитися дослідження груп крові у людей. Кров відносять до тієї чи іншої групи залежно від того, як вона взаємодіє з імунною системою, яка захищає

Множинні алелі та домінантність
Такі явища, як неповна домінантність та кодомінантність, доводять, що взаємодія алелей одного гена може бути досить складною. Як ми бачили, групу крові визначають три алелі одного

Тестові схрещування
Організми з домінантним фенотипом за окремою ознакою можуть бути гомозиготами або гетерозиготами – АА або Аа, якщо користуватися умовними позначеннями. Іноді важливо знати генотип.

Ймовірність
Менделевський закон розщеплення дозволяє передбачати можливість успадкування деяких ознак. Г. Менделя можна назвати основоположником статистичних методів у вивченні генетики, бо

Два гени і більше
Ці принципи теорії ймовірностей важливо мати на увазі, коли ми аналізуємо результат від схрещування за двома генами та більше одночасно. Г. Мендель проводив досліди, в яких він спостерігав за одночасним

Перший закон Менделя та визначення батьківства
Спираючись на прості міркування Менделя, сучасні генетики визначають характер успадкування та прояви тієї чи іншої ознаки у родоводі. Крім того, закони Менделя можуть іноді допомогти опр

Клітини та розмноження
Після того, як клітинна теорія Шлейдена і Шванна стала загальноприйнятою, патолог Рудольф Вірхов зробив свій важливий внесок. Він припустив, що не тільки всі організми складаються з клітин, а й усякий

Мітоз та клітинний цикл
Окрема клітина росте і поділяється на дві нові клітини, проходячи через клітинний цикл. Мета такого циклу - зробити дві ідентичні клітини та більше, які продовжать процес, отримавши від батьківської

Каріотип
Знаючи механізм мітозу, краще розглянути хромосоми, які вільно рухаються під час цього процесу. Помістимо краплю крові в пробірку з поживним розчином, в якому можуть розмножуватися лей

Мейоз та закони Менделя
У наш час широко відомо, що гени знаходяться в хромосомах, хоча в наступному розділі ми постараємося це твердження довести. Розглянувши процес мейозу, ми тепер можемо знайти в ньому обґрунтування зак.

Місцезнаходження генів
Основні процеси, що відбуваються при мейозі та мітозі, були вивчені до кінця XIX століття. Тепер відомо, що це досить складний механізм розподілу хромосом по дочірніх клітинах, але до початку XX ст.

Статеві хромосоми
Ще в давнину люди помітили, що деякі захворювання з'являються майже виключно у чоловіків, хоча передаються материнською лінією. Найвідоміший приклад – гемофілія, або недостатня

Нерозбіжність хромосом
Зазвичай чоловіки та жінки мають добре виражений фенотип, який визначається їх набором хромосом - XY або XX. Але іноді народжуються діти з незвичайним числом статевих хромосом, і це відбувається в результаті н

Гени та порушення метаболізму
Люди - поганий "матеріал" для вивчення законів спадковості, тому що у них важко отримати досить надійні дані, але перші спостереження, як гени здійснюють свою функцію, були зроблені і

Гени та ферменти
У 1944 році Джордж Бідл і Едвард Тейтем підтвердили правильність висновків Гаррода на прикладі хлібної плісняви ​​Neurospora (ця пліснява яскраво-оранжевого кольору іноді утворюється на черстві хліба)

Білки та інформація
Оскільки гени контролюють виробництво та синтез білків, то ще раз розглянемо структуру білків. Як було сказано в гол. 3, білки – найбільш різноманітні молекули організму. Вони є складовою

Виправлення спадкових порушень
У той час як на початку XX століття генетика робила перші кроки, великою увагою користувалася ідея покращення людського роду, або євгеніка (див. гл. 15). Коли люди впізнали механізм спадщин

Бактерії
Згадаймо, що бактерії відрізняються від інших організмів тим, що вони прокаріоти, тобто не мають оточеного мембраною ядра, на відміну від еукаріотів, у тому числі рослин та тварин, у клітинах які

Перші кроки
У 1928 році Фредерік Гріффіт виявив, що речовина померлих клітин одного штаму бактерій може переносити свої характеристики живим клітинам іншого штаму. Наприклад, було відомо, що штам IIIS

Бактеріофаги
У 1915 році англієць Фредерік Творт і канадець Фелікс Д"Ерелль незалежно один від одного відкрили бактеріофаги, які викликають інфекції серед бактерій. Сама ідея про інфекції серед бактерій

Експеримент Херші-Чейз
Знаючи, що фаги приблизно наполовину складаються з ДНК і наполовину з білків, Альфред Херші та Марта Чейз вирішили дослідити функції цих двох компонентів, помітивши їх, тобто включивши до них

Будова ДНК
Згадаймо, що основними будівельними компонентами організму є полімери. Нуклеїнові кислоти - це також полімери, хоча вони сильно відрізняються за своєю будовою від білків. Їх ще називають за

Модель днк та генетика
На відміну від роботи Менделя, стаття Вотсона та Крику відразу ж привернула увагу наукової спільноти, оскільки вона пояснювала механізм спадковості. Відразу ставало зрозуміло, що послідовно

Перевірка моделі
Справжня наукова цінність моделі вимірюється тим, що можна практично перевірити всі висновки, яких вона приводить. Модель Вотсона-Кріку не тільки увібрала в себе всі відомі факти про ДНК і наслідки.

Розподіл генів
Те, що гени розташовані в хромосомах, здавалося б, не відповідає тому факту, що у людей лише 23 пари хромосом і водночас тисячі різних ознак, яким мають відповідати тисячі

H/Y: 1 H/Y: 1 h/Y: 9 з H/Y.
Виходить, що 10% синів, яких ми називаємо рекомбінантами, отримали іншу комбінацію генів, відмінну від комбінації їх матерів. У профазі мейозу гомологічні пари вибудовую

H/Y: 1 H/Y: 1 H/Y: 9 з h/Y.
Цього й слід було очікувати: 90% початкового розташування алелей та 10% рекомбінацій. Визначити відстань між генами людини – досить складно. У більшості організмів, схрещувати кіт

C/Y, 7 C/Y, 8 c/Y, 42 a C/Y.
Усього виходить 15 (7 + 8) рекомбінацій із сотні, тобто 15%. Тому ген А можна помістити на хромосомній карті в 15 одиницях від гена С. Однак три гени можуть розташовуватися в послідовності.

Кросинговер усередині генів
До середини 1940-х років вчені вважали, що гени, швидше за все, являють собою хромомери, тобто крихітні грудочки вздовж хромосом.

Генетика фагів
Макс Дельбрюк вибрав для своїх досліджень фаги, тому що вони є дуже простою біологічною системою: крихітними частинками, які можуть відтворювати собі подібних до інших клітин.

Тонка структура гена
Сеймур Бензер досліджував тонку структуру гена за допомогою фагів Т4, серед яких йому вдалося виділити рідкісні внутрішньогенні рекомбінанти. Бензер зосередив увагу на класі мутантів r – rII.

Комплементація та визначення меж гена
Експерименти зі складання карт показали, що область rII складається з багатьох дрібних ділянок або сайтів, в яких можуть відбуватися різні мутації. Але такі карти дають уявлення тільки

Що таке ген!
Повернемося до визначення гена. У класичній генетиці словом «ген» позначалася одиниця генетичного матеріалу, що виділяється за трьома критеріями: за функцією, мутацією та рекомбінацією. Спочатку передполу

Рестрикційні ферменти та паліндроми
Бактерії та фаги, які їх атакують, перебувають у стані безперервної хімічної війни. Бактерії, які чинять опір фагової інфекції, набувають перевагу у боротьбі за існування, і вони

Рестрикційне картування
Зараз відомо та доступне для застосування безліч типів рестрикційних ферментів. Вони розрізають ДНК на різні послідовності, і їх можна використовувати для аналізу структури ДНК і складання

Як будуються білки?
Отже, інформація, що визначає порядок амінокислот у білку, зберігається в ДНК у вигляді ряду триплетних кодонів. Але як послідовність основ ДНК перетворюється на реальний продукт? Звичайно, креслення

Молекули РНК: інструменти для синтезу білка
У 1940-х роках, коли вчені ще недостатньо добре представляли будову нуклеїнових кислот, були отримані докази того, що синтез білків завжди супроводжується синтезом рибонуклеїнової кислоти.

РНК-транскрипція
Зараз доведено, що РНК утворюється в результаті того ж спарювання комплементарних основ, за допомогою якого утворюється подвійна спіраль ДНК з одинарного ланцюга (рис. 9.2). Цей процес називає

Трансляція
Перенесення інформації з ДНК на РНК називається транскрипцією, а перенесення інформації з мРНК в білок - трансляцією. Зазвичай матричні РНК протягом деякого часу програмують рибос

Складні гени еукаріотів
Коли дослідники почали вивчати гени різних білків у клітинах еукаріотів, виявилося, що взаємодія генів і білків у цих організмах більш складна, ніж взаємодія генів і білків

Генетичний словник
До 1962 завдяки роботам Крику і його колег, про які говорилося раніше, було встановлено, що генетичний код складається з триплетів. Після цього перед дослідниками постала інша непроста

Колінеарність генів та білків
Гіпотезу про колінеарність гена білку можна було підтвердити, показавши, що послідовність генів мутацій відповідає змінам послідовності амінокислот, до яких призводять ці мутації. Для

Термінуючі кодони
Три коди вона з 64 не служать кодом для амінокислоти. Вони означають кінець синтезу білка і називаються термінуючими або нонсенс-(стої-) кодонами (stop codon). Їх існування було підтримане

Універсальність коду
Значення кодонів було з'ясовано під час дослідів на бактеріях Е. coli. Але якщо в генах інших організмів, у тому числі й людини, використовується інший шифр? У такому разі мутації білків чоло

Спадковість у світі бактерій
Представники класичної генетики навряд чи сміли мріяти про ті можливості, які відкриваються перед сучасними вченими, які проводять експерименти на бактеріях та вірусах бактерій. У цьому розділі ми

Бактерії-мутанти
Різні види бактерій можна розрізняти за фенотиповими ознаками, такими як форма, колір та інші характерні подробиці їх колоній. Але великого прогресу в генетиці бактерій було досягнуто в ході іс

Підлога у Е. соli
У 1946 році Джошуа Ледерберг та Едвард Тейтем почали ставити генетичні експерименти на бактеріях. Декількома роками раніше Тейтем працював у співпраці з Джорджем Біллом, і вони на основі оп

Плазміди
Фактор F - приклад так званої плазміди, тобто позахромосомного генетичного елемента, що самореплікується, з кільцевою структурою. Плазміди - це свого роду пасажири у клітці, які

Фактори резистентності та стійкість до антибіотиків
У 1955 році одна мешканка Японії повернулася з Гонконгу з різновидом дизентерії, що викликається бактерією роду Shigella. Інфекцію Shigella легко лікувати антибіотиками, але ці бактерії

Лізогенія
Біологи, які проводили експерименти з фагами до Другої світової війни, часто стверджували, що деякі штами бактерій переносять віруси, які іноді непередбачено виявляють себе в культур, що ростуть.

Гени, що переносяться вірусом
Намагаючись визначити, чи кон'югує Salmonella подібно до Е. coli, Нортон Циндер виявив, що фаги можуть переносити гени з однієї бактеріальної клітини в іншу. Це явище назвали т

Трансдукція та геном людини
У 1955 році Джошуа Ледерберг припустив, що трансдукуючі віруси можна використовувати для введення генів у клітини людини. На той час така ідея здавалася чистою фантазією, але зараз вона все більше

Регуляція генів та розвиток організму
У міру читання книги, як і протягом усієї історії генетики, наше уявлення про гени постійно змінювалося. Якщо спочатку ми вважали ген невизначеним фактором, який якимось чином перед

Регуляція генів у бактерій
Як і в попередніх розділах, почнемо з простих біологічних систем, тобто з бактерій, щодо яких це питання вперше було поставлено. Дослідження велися переважно у 1950-х та 1960-х р

Регуляція генів еукаріотів
Питання про регуляцію генів у клітинах еукаріотів вимагає іншої постановки, оскільки спосіб життя типових еукаріотів докорінно відрізняється від способу життя прокаріотів. Прокаріоти - це проті бактерії,

Ембріональний розвиток у загальних рисах
Ембріон розвивається з однієї-єдиної клітини - зиготи - і перетворюється на комплекс багатьох спеціалізованих клітин. Зигота тотипотентна, тобто після багаторазового поділу вона може дати

Регуляція за часом та розвиток крила курчати
Прекрасний приклад тимчасового механізму – розвиток крила курчати (рис. 11.2). Крило виростає із задатку кінцівки, що складається з клітин мезодерми, покритих шаром ектодерми, включаючи апікальну обл.

Формування ока мухи
Одна із найцікавіших серій подій за участю кількох генів відбувається при формуванні ока мушки дрозофіли. Складне око комахи складається приблизно з 800 елементів. Окремий елем

Втручання в будову ДНК: повернення епіметея?
У давньогрецьких міфах говорилося про титанів - расу гігантів, народжених богами колись раси людей. Титану Епіметею боги доручили створити тварин і рослини, розподіливши між ними різноманітні

Рекомбінантна ДНК та рестриктази
До 1972 Анні Чанг, Поль Берг і Сеймур Коен встановили, що за допомогою рестрикційних ферментів, рестриктаз, можна порізати дві будь-які молекули ДНК і зробити з них одну реком-бінантну

Вивчення окремих клонованих фрагментів
Часто увага експериментаторів зосереджується на окремому донорському гені, який вчені хочуть досліджувати чи використовувати. При певному успіху такий ген може вже утримуватися в геномній

Генна терапія
Серед різноманітних способів застосування трансгенних технологій особливу увагу займає генна терапія. Якщо можна модифікувати рослинні та тваринні організми, то що заважає застосувати ті ж

Геноміка - вивчення всього геному
Останні досягнення в галузі секвенування та розвиток технічних засобів для обробки великої кількості клонів у бібліотеці генів дозволили вченим досліджувати відразу весь геном організму. Це

Генетик у ролі доктора франкенштейна
В очах сучасної громадськості генетики часто асоціюються з образом героя роману Мері Шеллі «Франкенштейн», який шалено захоплений своєю роботою і створив жахливе чудовисько. Генетиків звинувачую

Контроль над дослідженнями рекомбінантних ДНК
Суперечки щодо ролі генетики почалися задовго до сучасного розквіту генної інженерії. Ще в 1970-х роках не лише вчена спільнота, а й широка публіка почали обговорювати питання, пов'язані з проти

Генетично модифіковані організми
Питання суспільного впливу на генетику та регулювання наукових досліджень у цій галузі багато в чому не вирішені досі. У міру вдосконалення мікробіологічних технологій та методів появи

Технології у контексті
Одна зі сторін проблеми - наукова освіта. Як жартують агенти з продажу нерухомості, три ключові елементи, які допомагають продати будинок, - це його місце, місце та ще раз місце. Так само

Аргументи проти генетично модифікованих продуктів
У ході суперечок з приводу генетично модифікованих продуктів було висунуто низку аргументів проти їх використання. Ми перерахуємо тут основні доводи противників, що лежать в основі їх міркувань.

Етичні аспекти клонування
Клонування тварин, хоч і не має безпосереднього відношення до трансгенних технологій, також ставить подібні етичні питання. Насамперед, це стосується ссавців. Відомо давно про кло

Відповідальність вчених
Сучасні генетичні технології здатні завдати людству помітної шкоди, і тому суспільство має бути напоготові. У наші цілі не входить захист генетичних технологій або їх засудження

Частота мутацій
Мутації завжди відбуваються природно, випадково та без очевидної причини. Ми не можемо заздалегідь передбачити, яка саме мутація відбудеться і де, тому при їх вивченні застосовують статистичні методи.

Мутації у людей
Частоту мутацій люди можна визначити з допомогою родоводів, у яких проявляються домінантні риси. Дефект, що несподівано з'явився в одного представника покоління і переданий потомству, дол

Випромінювання
Спонтанні мутації досить рідкісні. Частоту мутацій збільшують мутагени. До найпотужніших мутагенів належать деякі види випромінювань. У 1927 році Герман Мюллер, який експериментував з дрозофілою, та

Що є мутації?
Мутація - це зміна ДНК. Деякі зміни відбуваються спонтанно, згодом. Наприклад, молекули ДНК втрачають пуринові основи гуанін і аденін (депуринізація) з відносно високою швидкістю.

Система відновлення ДНК
У міру розвитку життя на планеті клітини постійно зустрічалися з різними мутагенами як у вигляді випромінювання, так і у вигляді хімічних речовин. Частота мутації повинна знаходитися в межах якої

Генетичні наслідки радіації
Іонізуюче випромінювання викликає мутації будь-якого роду - від точкових замін до хромосомних аберацій та розривів. Помістивши джерела невисокої радіації в лісі, дослідники довели, що постійне зл

Хромосомні аберації
Хромосоми містять гени, розташовані у певній послідовності. Фенотип організму залежить тільки від тих чи інших генів, а й від того, як вони розташовані щодо інших генів. на

Хромосоми людини
Під електронним мікроскопом хромосоми людини виглядають як свиті у численні петлі шматки товстої мотузки. Кожна хромосома є довгим, безперервним ланцюгом ДНК, в скрученому вигляді

Анеуплоїдія
Багате джерело матеріалу для досліджень хромосомних аберацій - викидні протягом перших тижнів розвитку, тому що у них налічується в 50-100 разів більше хромосомних порушень, ніж у новонароджених

Дуплікація та делеція
Дуплікації та делеції великих ділянок хромосом майже завжди летальні, як більшість мутацій. Якщо плід і виживає, він характеризується серйозними порушеннями у розвитку. Найвідоміший приклад

Інверсії
Багато хто з нас чув про подружжя, яким ніяк не вдається завести дітей через перервані вагітності та викидні. Це відбувається, якщо один з партнерів гетерозиготний за інверсією або транслокацією.

Транслокації
Транслокація - часта причина спадкових порушень, яку можна помітити в каріотипі. Зазвичай їх переносять гетерозиготи, що мають одну нормальну хромосому та одну хромосому з транслокацією.

Докази еволюції
Докази того, що різні організми справді походять від загального предка за допомогою поступової зміни, надходять із різних джерел. Мабуть, один із найсильніших доказів -

Еволюція як процес
У широкому плані еволюція охоплює три процеси: макроеволюцію, спеціалізацію та мікроеволюцію. Макроеволюція має на увазі сукупність всіх процесів, завдяки яким у минулому істот

Популяційна генетика
Ділити алелі генів на дикі та мутантні, як ми це робили, знайомлячись з основами генетики, не зовсім правильно, і такий поділ може призвести до неправильного уявлення про еволюцію. Досліджено

Еволюція людини
Найбільш суперечливий висновок з теорії еволюції Дарвіна полягав у припущенні, що людина походить від мавпи. Представники християнської релігії прийняли цю ідею з несхваленням, тому чт

Міграція та різноманітність Homo sapiens
Завдяки секвенуванню ДНК людей у ​​всьому світі вдалося побудувати філогенетичне дерево людства. Коріння цього дерева, як свідчать скам'янілі останки, сягають Африки. Більшість біо

Колір шкіри
Середній відтінок шкіри популяції знаходиться майже в прямій залежності від довготи: найтемніший зустрічається біля екватора, а найсвітліший - ближче до полюсів. Темна шкіра краще захищає від ультрафіолету.

Євгеніка
Як мовилося раніше в гол. 1, думка про покращення людського роду зародилася давно, принаймні, у давньогрецькому суспільстві класичного періоду. Але особливу увагу вона привернула в останні дні.

Словарь
Авторадіографія-метод отримання знімка радіоактивних матеріалів за допомогою їх впливу на фотографічний розчин; там, де розчин проявляється, утворюється темна пляма.

Карбоксильна група - хімічна сполука СООН, яка називається ще кислотною групою, тому що атом водню прагне відокремитися у вигляді іона Н+
Карбоксильний кінець-кінець поліпептидного ланцюга з вільною карбоксильною групою. Каріотип-схема хромосомного набору організму, одержувана в результаті

Цитозин - одна з піримідинових основ ДНК або РНК
Частота алелей - у популяційній генетиці співвідношення кількох алелей одного гена (або типу хромосом). Частота мутацій- міра ймовірності того, що відбувається

(Молекулярна структура), взаємне розташування атомів у молекулах. У ході хімічних реакцій відбувається перегрупування атомів у молекулах реагентів та утворюються нові сполуки. Тому одна з фундаментальних хімічних проблем полягає у з'ясуванні розташування атомів у вихідних сполуках та характеру змін при утворенні з них інших сполук.

Перші уявлення про структуру молекул ґрунтувалися на аналізі хімічної поведінки речовини. Ці уявлення ускладнювалися в міру накопичення знань про хімічні властивості речовин. Застосування основних законів хімії дозволяло визначити число та тип атомів, з яких складається молекула даної сполуки; ця інформація міститься у хімічній формулі. Згодом хіміки усвідомили, що однієї хімічної формули недостатньо для точної характеристики молекули, оскільки існують молекули-ізомери, що мають однакові хімічні формули, але різні властивості. Цей факт навів учених на думку, що атоми в молекулі повинні мати певну топологію, що стабілізується зв'язками між ними. Вперше цю ідею висловив 1858 року німецький хімік Ф.Кекуле. Відповідно до його уявлень, молекулу можна зобразити з допомогою структурної формули, у якій зазначені як самі атоми, а й зв'язку з-поміж них. Межатомні зв'язки повинні також відповідати просторовому розташуванню атомів. Етапи розвитку поглядів на будову молекули метану відбито на рис. 1. Сучасним даним відповідає структура

г : молекула має форму правильного тетраедра, в центрі якого знаходиться атом вуглецю, а у вершинах - атоми водню.(6.58 Кб)

Подібні дослідження, однак, нічого не говорили про розміри молекул. Ця інформація стала доступною лише з розробкою відповідних фізичних методів. Найважливішим із них виявилася рентгенівська дифракція. З картин розсіювання рентгенівських променів на кристалах з'явилася можливість визначати точне становище атомів у кристалі, а молекулярних кристалів вдалося локалізувати атоми у окремій молекулі. Серед інших методів можна відзначити дифракцію електронів при проходженні через гази або пари і аналіз обертальних спектрів молекул.

Вся ця інформація дає лише загальне уявлення про структуру молекули. Природу хімічних зв'язків дозволяє досліджувати сучасну квантову теорію. І хоча з досить високою точністю молекулярну структуру розрахувати поки що не вдається, всі відомі дані про хімічні зв'язки можна пояснити. Було навіть передбачено існування нових типів хімічних зв'язків.

Простий ковалентний зв'язок. Молекула водню Н 2 складається із двох ідентичних атомів. За даними фізичних вимірювань довжина зв'язку відстань між ядрами атомів водню (протонами) становить 0,70(1 = 10 8 см), що відповідає радіусу атома водню переважно стані, тобто. може з мінімальною енергією. Утворення зв'язку між атомами можна пояснити лише у припущенні, що й електрони локалізуються переважно між ядрами, утворюючи хмару негативно заряджених зв'язуючих частинок і утримуючи разом позитивно заряджені протони.

Розглянемо два водневі атоми переважно стані, тобто. стані, в якому їх електрони знаходяться на 1

s -орбіталі. Кожен з цих електронів можна розглядати як хвилю, а орбіталь як стоячу хвилю. При зближенні атомів орбіталі починають перекриватися (рис. 2), і, як у випадку звичайних хвиль, виникає інтерференція накладання хвиль (хвильових функцій) в області перекривання. Якщо знаки хвильових функцій протилежні, то при інтерференції хвилі знищують один одного (деструктивна інтерференція), а якщо однакові, відбувається їх складання (конструктивна інтерференція). При зближенні атомів водню можливі два результати залежно від того, чи хвильові функції знаходяться у фазі (рис. 2,а ) або в протифазі (рис. 2,б ). У першому випадку відбудеться конструктивна інтерференція, у другому деструктивна, при цьому з'являться дві молекулярні орбіталі; для однієї з них характерна висока щільність в ділянці між ядрами (рис. 2,в ), для іншої низька (рис. 2,г ) ¦ фактично вузол з нульовою амплітудою, що розділяє ядра.

Таким чином, при зближенні атомів водню та їх взаємодії

s -орбіталі утворюють дві молекулярні орбіталі, а два електрони повинні заповнити якусь одну з них. Електрони в атомах завжди прагнуть зайняти найбільш стійке положення - те, в якому їх енергія мінімальна. Для орбіталі, показаної на рис. 2,в , характерна висока щільність в області між ядрами, і кожен електрон, що зайняв цю орбіталь, будебільшу частину часу перебувати поблизу позитивно заряджених ядер, тобто. його потенційна енергія буде малою. Навпаки, біля орбіталі, показаної на рис. 2,г максимальна щільність має місце в областях, розташованих ліворуч і праворуч від ядер, і енергія електронів, що знаходяться на цій орбіталі, буде велика. Отже, електрони мають меншу енергію, коли вони займають орбіталь.в , причому ця енергія навіть менша за ту, яка була б у них при нескінченному видаленні атомів один від одного. Оскільки в даному випадку є тільки два електрони, обидва вони можуть займати вигіднішу з енергетичної точки зору орбіталь, якщо їх спини антипаралельні (принцип Паулі). Тому енергія системи, що складається з двох атомів водню, при зближенні атомів зменшується, і щоб потім видалити атоми один від одного, буде потрібна енергія, що дорівнює енергії утворення стабільної молекули водню Н 2 . Зауважимо, що необхідною умовою існування молекули водню є переважна локалізація електронів між ядрами відповідно до того, що ми вже говорили вище. Молекулярну орбітальв називають зв'язуючою, а орбітальг розпушуючою.

Розглянемо тепер зближення двох атомів гелію (атомний номер 2). Тут теж перекриття 1

s -орбіталей призводить до утворення двох молекулярних орбіталей, одній з яких відповідає нижча, а інший більш висока енергія. Цього разу, однак, на орбіталях необхідно розмістити 4 електрони, по 2 електрони від кожного атома гелію. Низькоенергетичну зв'язуючу орбіталь можуть заповнити лише два з них, два інших повинні зайняти високоенергетичну орбіталь.г . Зменшення енергії внаслідок сприятливої ​​локалізації першої пари приблизно дорівнює збільшенню енергії, зумовленому несприятливим розташуванням другої пари. Тепер зближення атомів не дає виграшу в енергії, і молекулярний гелій 2 не утворюється. Це зручно проілюструвати за допомогою діаграми (рис. 3); різні орбіталі у ньому представлені як енергетичних рівнів, у яких можуть бути електрони. Останні позначені стрілками, спрямованими вгору та вниз, щоб розрізнити напрямки спинів. Два електрони можуть займати одну орбіталь, тільки якщо їх спини антипаралельні.

Ці загальні принципи виконуються під час утворення молекул з атомів. Як тільки два атоми зближуються настільки, що їх атомні орбіталі (АТ) починають перекриватися, з'являються дві молекулярні орбіталі (МО): одна зв'язує, інша розпушує. Якщо на кожній з АТ знаходиться тільки по одному електрону, обидва можуть зайняти зв'язувальну МО з меншою енергією, ніж у АТ, і утворити хімічний зв'язок. Зв'язки такого типу, які тепер називають ковалентними, були давно відомі хімікам (уявлення про ковалентний зв'язок лягли в основу октетної теорії зв'язку, сформульованої американським фізикохіміком Г.Льюїсом в 1916). Їхню освіту пояснювали усуспільненням пари електронів взаємодіючими атомами. Згідно з сучасними уявленнями, міцність зв'язку залежить від ступеня перекривання відповідних орбіталей. Все сказане вище дозволяє припустити, що зв'язки між атомами можуть утворюватися при усуспільненні не тільки двох, а й одного або трьох електронів. Однак вони будуть слабшими за звичайні ковалентні зв'язки з наступних причин. При утворенні одноелектронного зв'язку відбувається зменшення енергії лише одного електрона, а у разі утворення зв'язку в результаті усуспільнення трьох електронів у двох з них енергія зменшується, а у третього, навпаки, збільшується, компенсуючи зменшення енергії одного з перших двох електронів. В результаті триелектронний зв'язок, що утворюється, виявляється вдвічі слабшим звичайної ковалентної.

Узагальнення одного та трьох електронів відбувається при утворенні молекулярного іона водню Н

2 + та молекули ННе відповідно. Взагалі ж зв'язки такого типу зустрічаються рідко, а відповідні молекули мають високу реакційну здатність.

Більшість плівкоутворюючих речовин відноситься до олігомерів та полімерів.

Олігомери – полімери низької молекулярної маси (зазвичай трохи більше кількох тисяч). Олігомерами часто називають полімери зі ступенем полімеризації менше, ніж той, при якій починають проявлятися специфічні властивості полімеру, пов'язані з гнучкістю його макромолекул. Важливе значення мають олігомери, які містять функціональні групи, що зумовлюють здатність молекул олігомеру з'єднуватися один з одним з утворенням довгих молекулярних ланцюгів або тривимірних сітчастих структур (феноло-формальдегідні смоли в стадії резолу, епоксидні смоли, ліків, ін).

Полімери - високомолекулярні сполуки, макромолекули яких складаються з великої кількості ланок, що повторюються, з молекулярною масою, що становить величину від декількох тисяч до декількох мільйонів. До складу молекул високомолекулярних сполук (макромолекул) входять сотні та тисячі атомів, пов'язаних один з одним силами головних валентностей.

Говорячи про структурну формулу макромолекул, відзначимо, що атоми або атомні угруповання в молекулі високомолекулярного з'єднання можуть розташовуватися або у вигляді довгого ланцюга (лінійні, наприклад целюлоза), або у вигляді довгого ланцюга з розгалуженнями (розгалужені, наприклад амілопектин), або, нарешті, вигляді тривимірної сітки, що складається з відрізків ланцюгової будови (зшиті). Прикладом зшитих високомолекулярних сполук є фенолоальдегідні смоли.

Якщо молекулярні ланцюги макромолекул складаються з великої кількості повторюваних угруповань – ланок, що мають однакову будову, такі високомолекулярні сполуки називають полімерами; якщо містять кілька типів угруповань, що повторюються, - сополімерами - А - Б - А - Б -.

Залежно від хімічного складу основного ланцюга високомолекулярні сполуки діляться на гетероцепні, в основному ланцюгу макромолекул яких містяться атоми різних елементів (вуглецю, азоту, кремнію, фосфору), та гомоцепні, макромолекулярні ланцюги яких побудовані з однакових атомів, основне місце серед них займають карбоцепні полімери. (Головні ланцюги макромолекул складаються тільки з атомів вуглецю). Якщо макромолекули полімеру поряд з атомами вуглецю містять атоми неорганічних елементів, вони називаються элементоорганическими.

Хімічна будова деяких представників полімерів має такий вигляд:

… -
СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - ...

фрагмент карбоцепного полімеру (поліетилен, поліпропілен, поліізобутилен, поліметилметакрилат, полівініловий спирт та ін.).

До полімерів гетероцепного класу відносяться численні прості та складні поліефіри, поліаміди, поліуретани, природні білки тощо, а також велика група елементоорганічних полімерів:

… -
СН2 - СН2 - О - СН2 - СН2 - О - СН2 - СН2 - О -

поліетиленоксид (простий ефір)

поліетилентерефталат (складний поліефір)

поліамід

полідиметилсилоксан (елементоорганічний полімер)

поліфосфонітрилхлорід (неорганічний полімер).

Ще один клас полімерів – це високомолекулярні сполуки з сполученою системою зв'язків: різні поліацетилени, полінітрили, поліфенілени, поліоксадіазоли та багато інших сполук. Наприклад,

… - СН = СН - СН = СН - СН = СН - ...

поліацетилен

поліфенілен

поліоксадіазол

До цього класу відноситься група хелатних полімерів, до складу яких входять різні елементи, здатні до утворення координаційних зв'язків (вони зазвичай позначаються стрілками). Елементарна ланка таких полімерів часто має складну будову:

Властивості хелатних полімерів вивчені ще недостатньо, але, безсумнівно, вони дуже цікаві з багатьох поглядів.

Залежно від форми макромолекул високомолекулярні сполуки поділяються на фібрилярні та глобулярні. У фібрилярних полімерів молекули формою являють собою лінійні або слабо розгалужені ланцюги. Фібрилярні високомолекулярні сполуки легко утворюють надмолекулярні структури як асиметричних пачок молекул – фібрил. Ланцюги молекул усередині кожної фібрили орієнтовані в тому самому напрямку (целюлозні волокна, поліаміди та ін).

Глобулярними називають високомолекулярні сполуки, макромолекули яких мають форму більш менш кулястих клубків, глобул, останньою може бути сильно розгалужена макромолекула. Руйнування такої глобули неможливе без хімічної деструкції макромолекули. Можливе також утворення глобул у високомолекулярних фібрилярних сполук, пов'язане зі зміною форми їх молекул.

Окрема глобула може бути утворена гнучкою лінійною макромолекулою, що згорнулася в клубок під впливом сил внутрішньомолекулярної взаємодії.

Будова полімерів у вигляді довгих макромолекул, ланки яких пов'язані хімічними зв'язками вздовж ланцюга макромолекул, доведено різними способами. Одним із потужних методів аналізу хімічної будови молекул є метод рентгеноструктурного аналізу. З допомогою цього можна визначати відстань між центрами мас сусідніх атомів, пов'язаних як хімічно, і міжмолекулярними (фізичними) зв'язками. Оскільки довжини хімічних зв'язків у низькомолекулярних кристалічних речовинах добре відомі, можна, провівши рентгеноструктурний аналіз орієнтованих полімерних систем, що знаходяться в кристалічному стані, визначити, які з атомів розташовані на відстані один від одного, що дорівнює довжині хімічного зв'язку, а які – на більшій відстані, т е. хімічно не пов'язані. Цим шляхом і було встановлено наявність хімічних зв'язків уздовж ланцюга макромолекули та міжмолекулярних зв'язків у сусідніх атомів як усередині ланцюга, так і між сусідніми ланцюгами.

Слід зазначити, що наявність безлічі ланок у макромолекулі зумовлює різноманітність хімічної будови полімерів. Наприклад, кожна ланка в процесі елементарного акту зростання ланцюга може приєднуватися до сусідньої ланки по-різному - "голова до голови", "хвіст до хвоста" або "голова до хвоста". Різні варіанти приєднання ланки до зростаючої макромолекули можливі для несиметричних мономерів типу

У таких мономерів можливі варіанти «голова до голови»:

і «голова до хвоста»:

Можливе чергування типів приєднання. Таким чином, полімер містить макромолекули не строго однакової хімічної будови, а суміш ізомерних макромолекул, що і відрізняє його від чистих низькомолекулярних речовин, побудованих з однакових молекул.

У ряді заміщених граничних вуглеводнів зі зростанням числа вуглецевих атомів кількість можливих ізомерів швидко збільшується. А коли кількість ланок досягає десятків чи сотень тисяч, то кількість можливих ізомерів виражатиметься астрономічними числами.

Полімери, побудовані з ланок з напрямком заступників, що регулярно чергуються, отримали назву стереорегулярних.

Якщо заступники розташовані по одну сторону площини головних зв'язків, стереорегулярні полімери називаються ізотактичними, якщо по обидва боки – синдіотактичними.

Якщо заступники розташовуються безладно по обидва боки площини головних зв'язків, їх називають нерегулярними чи атактичними:

Ще складніша будова полімерів, отриманих з дизаміщених мономерів, оскільки вже в самому мономері заступники можуть розташовуватися по один бік первинних зв'язків (цис-ізомер) або по обидва боки (транс-ізомер):

цис-транс-

Синтез макромолекул з цис-ізомерів призводить до отримання еритродіізотактичних полімерів:

а з транс-ізомерів – треодиізотактичних полімерів:

Всі зміни в хімічній будові полімеру спричиняють зміну властивостей матеріалів на їх основі.

Питання, пов'язані із стереорегулярністю побудови макромолекулярних ланцюгів, дуже цікаві, але й не менш складні, привертають увагу дослідників багато років. Матеріали на основі стереорегулярних полімерів за властивостями відрізняються від матеріалів, створених з нерегулярних полімерів. Вони легко кристалізуються, забезпечуючи регулювання їхньої фізичної структури та властивостей, а також розширюються температурні межі працездатності. Класичний приклад «зшитого» полімеру – затверділі епоксидні смоли:


Якщо всі головні ланцюги в блоці полімерного матеріалу пов'язані між собою просторовими зв'язками або ланцюжками, можна розглядати як одну гігантську макромолекулу.

Наразі встановлено, що структуровані полімери типу фенолоформальдегідних та епоксидних смол зовсім не утворюють правильну просторову сітку з послідовним чергуванням ланок та зшивок. Блок такого просторово-структурованого полімеру часто побудований з глобул, що утворюються в процесі синтезу смол. Глобулярні утворення, що виникають на першій стадії синтезу, розчиняють мономер, і подальший процес конденсації полягає в нарощуванні розмірів глобул. На кінцевій стадії процесу глобули містять велику кількість макромолекул. Це не заважає подальшому хімічному зв'язку між окремими скрученими ланцюгами.

Існує кілька основних способів отримання сітчастих полімерів:

1. Проведення хімічної реакції між двома (або більше) різними функціональними кінцевими групами, які приєднані до ланцюга невеликої молекулярної маси. В результаті формується часта сітка з короткими ланцюгами між вузлами зшивки.

2. Хімічне зв'язування високомолекулярних сполук кінцевих груп за допомогою низькомолекулярного зшиваючого агента. В результаті формується рідкісна сітка з довгими лінійними фрагментами між вузлами зшивки.

3. Утворення сітки за рахунок кополімеризації двох- та поліфункціональних мономерів. Прикладом такої сітки є система стирол - дивінілбензол:

4. Вулканізація полімерних ланцюгів шляхом залучення до реакції функціональних груп, розташованих уздовж основного ланцюга. Реакція проводиться або при використанні низькомолекулярного агента, що зшиває, або за рахунок радіації та інших типів впливу на функціональні групи.

5. Утворення сіток за рахунок реакції двох (або більше) різнорідних полімерів за функціональними групами, розташованими вздовж ланцюга кожного з полімерів (тобто в ланках, що повторюються, а не по кінцях).

6. Синтез полімерних сіток за допомогою реакції поліциклотримеризації. Для цього використовуються олігомери з кінцевими групами, здатними до утворення циклів під час реакції. Наприклад, тримеризація біфункціональних олігомерів (або мономерів), що містять ціанатні кінцеві групи:

Можливі інші шляхи отримання полімерних сіток.

Відносно новим типом полімерів є «інтерполімери», під якими мають на увазі систему, побудовану з двох (або більше) різнорідних за хімічною будовою макромолекул, хімічно пов'язаних між собою за рахунок функціональних груп, розташованих у ланках, що повторюються, кожної макромолекули. Схематично це показано на рис. 1.

Рис. 1. Схематичне зображення макромолекули інтерполімеру

Конкретний приклад такої системи – продукт взаємодії полістиролу з політрихлорбутадієном:

Отримання інтерполімерів дозволяє відкривати можливості модифікації структури та властивостей полімерів.

Таким чином, згідно з сучасними уявленнями про структуру та властивості полімерів, структура полімеру починається вже з форми макромолекули та її розташування в просторі. Макромолекула завжди є первинним елементом будь-якої структури (так само як елементарна ланка – первинний елемент хімічної будови ланцюга).

У лакофарбовій технології хімічні процеси, що призводять до утворення просторових полімерів, займають особливе місце та є важливим прийомом отримання покриттів із заданими властивостями. Так, хімічному затвердінню при плівкоутворенні піддаються алкідні, феноло- та аміноформальдегідні, епоксидні, поліуретанові та інші за молекулярною масою та властивостями плівкоутворювачі.

Переведення плівкоутворювачів у стан «сітчастого» полімеру просторової будови призводить до поліпшення атмосферо-, водо-, олії - та теплостійкості, твердості та міцності, адгезії та ін.

Всі термореактивні плівкоутворювачі містять реакційноздатні групи, але в деяких випадках для утворення просторового полімеру необхідний додатковий реагент - затверджувач, що ніби «зшиває» макромолекули між собою.

Надмірна частота міжмолекулярних зв'язків призводить до збільшення крихкості та схильності плівки до розтріскування, обумовленої зростанням внутрішніх напруг. Тому частоту зв'язків регулюють шляхом зміни режиму затвердіння (температури, тривалості), числа функціональних груп плівкоутворювача, а також природи та змісту затверджувача.

Чи знаєте ви, що таке уявний експеримент, gedanken experiment?
Це неіснуюча практика, потойбічний досвід, уяву того, чого немає насправді. Думкові експерименти подібні до снам наяву. Вони народжують чудовиськ. На відміну від фізичного експерименту, який є досвідченою перевіркою гіпотез, "думковий експеримент" фокусічно підміняє експериментальну перевірку бажаними, не перевіреними на практиці висновками, маніпулюючи логікоподібними побудовами, що реально порушують саму логіку шляхом використання недоведених посилок як доведені. Отже, основним завданням заявників " уявних експериментів " є обман слухача чи читача шляхом заміни справжнього фізичного експерименту його " лялькою " - фіктивними міркуваннями під слово слово без самої фізичної перевірки.
Заповнення фізики уявними, " уявними експериментами " призвело до виникнення абсурдної сюрреалістичної, сплутано-заплутаної картини світу. Справжній дослідник має відрізняти такі "фантики" від справжніх цінностей.

Релятивісти і позитивісти стверджують, що "думковий експеримент" дуже корисний інструмент для перевірки теорій (також виникають у нашому розумі) на несуперечність. У цьому вони дурять людей, оскільки будь-яка перевірка може здійснюватися лише незалежним від об'єкта перевірки джерелом. Сам заявник гіпотези не може бути перевіркою своєї ж заяви, оскільки причиною самої цієї заяви є відсутність видимих ​​для заявника протиріч у заяві.

Це ми бачимо на прикладі СТО та ОТО, які перетворилися на своєрідний вид релігії, керуючої наукою та громадською думкою. Жодна кількість фактів, що суперечать їм, не може подолати формулу Ейнштейна: "Якщо факт не відповідає теорії - змініть факт" (В іншому варіанті "- Факт не відповідає теорії? - Тим гірше для факту").

Максимально, потім може претендувати " уявний експеримент " - це лише внутрішню несуперечність гіпотези у межах своєї, часто зовсім на істинної логіки заявника. Відповідно до практики це не перевіряє. Ця перевірка може відбутися тільки в дійсному фізичному експерименті.

Експеримент на те й експеримент, що він є не витончення думки, а перевірка думки. Несуперечлива в собі думка не може сама себе перевірити. Це доведено Куртом Геделем.

Сторінка 1


Молекулярні структури на основі жирних кислот, їх похідних, вітамінів, порфіринів, пептидів здатні імітувати біологічні процеси, що протікають у природі, вони використовуються у біофізичних, біохімічних дослідженнях та вивчаються як потенційні лікарські препарати.

Молекулярна структура у твердому тілі визначається сильною взаємодією між молекулами, що призводить до коливань їх біля нерухомих центрів, що збігаються з рівноважними положеннями молекул під дією силових полів, утворених системою молекул. Ці нерухомі у просторі положення рівноваги є стійкими. Вони можуть утворювати правильну, періодичну систему, що відповідає кристалічній решітці, властивій мікроструктурі кристалічних твердих тіл, або хаотично розкидані у разі їхнього аморфного стану. В останньому випадку через втрату стійкості виникає тенденція до переходу аморфної структури в кристалічну. Проте тривалість цього переходу виявляється настільки значною, що фактично спостерігаються як кристалічні, і аморфні стану твердих тіл. Характерні властивості молекулярної (атомної) структури твердого тіла зберігаються по всій його протяжності, що дозволяє говорити про наявність у цій структурі як близького, так і далекого порядків.


Молекулярна структура поверхневих верств.

Залежність електричного опору від рівня ущільнення молекулярної структури органічної речовини.

Молекулярна структура з легкорухливими електронами називається металевою, оскільки від цього залежить характерні властивості металів. Рухливість електронів значною мірою визначається відстанню між атомами.

Молекулярна структура також відсутня при утворенні твердого тіла у разі ковалентних нелокалізованих зв'язків. Крім валентних сил, при взаємодії атомів і молекул відіграють істотну роль і слабші, так звані поляризаційні сили.

Молекулярна структура також відсутня при утворенні твердого тіла у разі ковалентних нелокалізованих зв'язків. Крім валентних сил, при взаємодії атомів і молекул відіграють істотну роль і більш слабкі, так звані п о-л я р і з а ц і о н ні сили.

Молекулярна структура таких сольових поліелектролітних комплексів може бути різною для однієї і тієї ж пари компонентів залежно від умов, за яких відбувається утворення комплексу.

Молекулярна структура показана на рис. 6, знаходиться відповідно до властивостей речовини. Інтенсивна лінія при 1541 см-1, що з'являється внаслідок утворення подвійних координаційних зв'язків, лежить виключно високо для л-зв'язаної сполученої системи.

Молекулярна структура, що складається з шарів молекул, упакованих ялинковим (паркетним) методом. Шари паралельні площині (100), причому довга вісь молекули розташована перпендикулярно цій площині.



Останні матеріали розділу:

Основний план дій та способи виживання Вночі тихо, вдень вітер посилюється, а надвечір затихає
Основний план дій та способи виживання Вночі тихо, вдень вітер посилюється, а надвечір затихає

5.1. Поняття про місце існування людини. Нормальні та екстремальні умови життєпроживання. Виживання 5.1.1. Поняття про довкілля людини...

Англійські звуки для дітей: читаємо транскрипцію правильно
Англійські звуки для дітей: читаємо транскрипцію правильно

А ви знали, що англійський алфавіт складається з 26 літер та 46 різних звуків? Одна й та сама буква може передавати кілька звуків одночасно.

Контрольний тест з історії на тему Раннє Середньовіччя (6 клас)
Контрольний тест з історії на тему Раннє Середньовіччя (6 клас)

М.: 2019. – 128 с. М.: 2013. – 160 с. Посібник включає тести з історії Середніх віків для поточного та підсумкового контролю та відповідає змісту...