Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
34
CzęśćIPodstawytransportumaterii,energiiiładunkuelektrycznegowukładachbiologicznych
zastosowaniachmedycznych,określanesąpoprzezwła-
ściwościlepkosprężyste.Ztegowzględustatykęidy-
namikępolimerówbadasię,wykorzystującichmodele
reologiczne,wktórychpodstawoweelementystruktu-
ralne,sprężynaitłoczekzciecząlepką,łączonesąszere-
gowolubrównolegle.Modelete,opisywanerównaniami
różniczkowymi,pozwalająprzewidziećzachowaniesię
polimerówprzyróżnychsposobachstatycznegoidyna-
micznegoodkształcania.Sąonerównieżwykorzystywane
doopisuodkształcaniamięśni.
Dociekawychpolimerówopartychnaatomachwę-
glazaliczymy:grafit,diament,włóknawęglowe,fulere-
nyinanorurkiwęglowe.Niejednokrotniesąonebazą
dotworzeniazłożonychstrukturwielomateriałowych,
pozwalającychnawykorzystanieichwdopierocopo-
wstałychdziedzinachtechniki,jakrównieżzastąpienie
starychrozwiązańnowymiibardziejefektywnymi.Do
ciekawychrozwiązaństosowanychwelektroniceużyt-
kowejzaliczyćmożnapolimeryciekłokrystaliczne.
Zkoleipolimerymałocząsteczkowe,tzw.dendrymery,
sąstosunkowonowymirozwiązaniami,aleintensywnie
badanymi,równieżpodkątemzastosowańmedycznych.
Polimeryodgrywajątakżeistotnąrolęwfunkcjono-
waniuukładówbiologicznych.Sątobiopolimerybazu-
jącenazwiązkachwęgla.Białkatobiopolimeryzłożone,
stanowiącepodstawowyskładniksuchejmasykomór-
ki,którepowstająz20monomerów,aminokwasów.Są
onenietylkoistotnymelementembudulcowymkomór-
ki,lecztakżerealizująprawiewszystkiefunkcjekomór-
kowe.Pełniąfunkcjęenzymatycznąwregulacjiko-
mórkowychprocesówchemicznych,odgrywająrolę
molekularnychmaszynwykonującychokreśloneza-
dania,abiałkaosadzonewbłoniekomórkowejtworzą
kanałyipompykontrolującetransportmałychcząste-
czekprzezbłonękomórkową.Innebiałkapełniąfunk-
cjęprzeciwciał,toksyn,hormonówczyelastycznych
włókien.Takaróżnorodnośćfunkcyjnabiałekwynika
zdużejliczbyichodmiennychstrukturprzestrzennych.
Ichzróżnicowaniepodwzględemstrukturyiwielkości
ukształtowanezostałowciągumiliardówlatewolucji.
Ostrukturzepierwszorzędowejbiałkadecyduje
sekwencjaaminokwasów,którepołączonesąmiędzy
sobąwiązaniempeptydowym.Poszczególneamino-
kwasyróżniąsięmiędzysobąrozkłademładunków,
zależnymodpHśrodowiska,polarnością,hydrofobo-
ściączyhydrofilowościąorazrozmieszczeniemgrup
funkcyjnych,któredecydująomożliwościwytworzenia
wiązańwodorowych.Ponadtowielewiązańkowalencyj-
nychwdługimłańcuchuzbudowanymzaminokwasów
umożliwiaswobodnąrotacjęatomówpołączonychtymi
wiązaniami.Skutkujetotym,żewtrakciesyntezybiałka
wzajemneoddziaływaniaelementówskładowychiele-
mentówśrodowiska,wktórympowstają,prowadzido
odpowiedniegopofałdowaniabiałka.
Istotnąrolęwkształtowaniudrugorzędowejitrzecio-
rzędowejstrukturybiałekodgrywająniekowalencyjne
wiązaniamiędzycząsteczkowe,typuwodorowego,Van
derWaalsa,oddziaływaniahydrofoboweihydrofilowe
międzyposzczególnymiskładnikamiłańcuchapolipep-
tydowegoczywmniejszymstopniuoddziaływaniajo-
nowe.Naskutekdziałaniatychsiłenergiapofałdowanej
strukturybiałkowejjestmniejszaniżenergiaswobodnej
iprzypadkowejkonfiguracjiłańcuchabiałkowego,co
decydujeostabilnościkonkretnejstrukturydrugorzę-
dowej(odcinkiłańcuchapolipeptydowegotworzące
O-helisęi;-harmonijkę)itrzeciorzędowejbiałka,będą-
cejkońcowąprzestrzennąjegokonfiguracją.Struktury
tewarunkująaktywnośćbiologicznąbiałek.Zdolność
wiązaniaprzezbiałkainnychcząsteczekczytworze-
nieprzezokreślonebiałkakompleksówbiałekumoż-
liwiaimwykonywaniewszechstronnychizłożonych
zadańwukładachbiologicznych.
Drugimtypemmakrocząsteczkowychbiopolime-
rówkomórkowychsąkwasydeoksyrybonukleinowe
(deoxyribonucleicacid,DNA)irybonukleinowe(ribo-
nucleicacid,RNA).Pełniąonefunkcjeprzechowywania
materiaługenetycznego(DNA)iprzenoszeniainfor-
macjigenetycznejzDNAdokompleksówbiałkowych
rybosomów,produkującychbiałka.CząsteczkaDNA
zawieradwakomplementarnełańcuchypolinukleotydo-
we,wktórychskładwchodzączteryrodzajenukleoty-
dów,zbudowanychzpięciowęglowegocukru,doktórego
przyłączonesąresztafosforanowaorazzasadaazotowa.
WprzypadkuDNAcukremjestdeoksyrybozazwiązana
zresztąmonofosforanowąiadeniną(A),cytozyną(C),
guaniną(G)lubtyminą(T).Nukleotydypołączonesą
zesobąwiązaniamikowalencyjnymiwdługiełańcu-
chyprzezcukryifosforany.Łańcuchypolinukleidowe
wdwuniciowejhelisieDNAsązwiązanewiązaniamiwo-
dorowymi,któretworząsięmiędzyzasadaminależącymi
doprzeciwległychłańcuchów,dlategozasadyulokowane
sąwewnątrzhelisy,ałańcuchfosforanowo-cukrowy-na
zewnątrz.Wkażdymprzypadkuwiększa,dwupierście-
niowazasadatworzyparęzzasadąjednopierścieniową.
Taregułakomplementarnościumożliwiautworzonym
paromzasadułożeniesięwewnątrzdwuniciowejhelisy,
cojestnajkorzystniejszezenergetycznegopunktuwi-
dzenia.Tworzeniesięparzasadwymaga,abysekwencja
nukleotydówjednegołańcuchabyłaściślekomplemen-
tarnadosekwencjidrugiegołańcucha,comaistotne
znaczeniewprocesachreplikacjiDNA.
Zkoleiprocesytransmisjiwyodrębnionychporcji
informacjizDNAdobiałek(transkrypcjainastępnie
translacja)wymagająkolejnegotypubiopolimerów,ja-
kimsąRNA.PodobniejakDNA,RNAjestliniowym
polimeremzbudowanymzczterechnukleotydów,po-
łączonychwiązaniamifosfodiestrowymi.WskładRNA
wchodząrybonukleotydy,zawierającecukierrybozę
(aniedeoksyrybozę),zasady:adeninę(A),cytozynę(C),
guaninę(G)azamiasttyminy-uracyl(U).Ponieważ
uracylpodobniejaktyminamożetworzyćparęzasad
zadeniną,regułykomplementarnościobowiązująrów-
nieżwRNA.RNAwkomórkachwystępujewpostaci
jednoniciowejimożeulecpofałdowaniudokońcowej
konformacji,analogiczniejakbiałka.ZdolnośćRNA
doprzybieraniazłożonychstrukturprzestrzennych