Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Определение ИЮПАК
Основная цепь или магистраль
Эта линейная цепочка, к которой все другие цепи, длинные или короткие, или и те, и другие,
могут рассматриваться как связанные. Примечание : если две или более цепей
можно в равной степени рассматривать как основную цепь,
выбирается та, которая приводит к простейшему представлению
молекулы. [1]

В полимерной науке , то основная цепь из полимера является наиболее длинной серией ковалентно связанных атомов , которые вместе создают непрерывную цепь молекулы . Эта наука подразделяется на изучение органических полимеров, которые состоят из углеродной основы, и неорганических полимеров, которые имеют основы, содержащие только основные элементы группы .

Пример биологического остова ( полипептида )

В биохимии , органические магистральные сети составляют основную структуру из макромолекул . Основы этих биологических макромолекул состоят из центральных цепей ковалентно связанных атомов. Характеристики и порядок остатков мономера в основной цепи составляют карту сложной структуры биологических полимеров (см. Биомолекулярная структура ). Таким образом, позвоночник напрямую связан с функцией биологических молекул. Макромолекулы в организме можно разделить на четыре основные подкатегории, каждая из которых участвует в очень разных и важных биологических процессах: белки , углеводы , липиды и нуклеиновые кислоты.. [2] Каждая из этих молекул имеет различную основу и состоит из разных мономеров, каждый из которых имеет свои остатки и функциональные группы. Это движущий фактор их различных структур и функций в организме. Хотя липиды имеют «основу», они не являются настоящими биологическими полимерами, поскольку их основа представляет собой трехуглеродную молекулу, глицерин , с более длинными « боковыми цепями » заместителей . По этой причине только белки, углеводы и нуклеиновые кислоты следует рассматривать как биологические макромолекулы с полимерным остовом. [3]

Характеристики [ править ]

Полимерная химия [ править ]

Характер основной цепи зависит от типа полимеризации: в ступенчатой полимеризации , то мономер фрагмент становится основой, и , таким образом , как правило , позвоночник функциональный. К ним относятся политиофены или полимеры с малой шириной запрещенной зоны в органических полупроводниках . [4] При полимеризации с ростом цепи , обычно применяемой для алкенов , основная цепь не является функциональной, но несет функциональные боковые цепи или боковые группы .

Характер позвоночника, то есть его гибкость, определяет тепловые свойства полимера (такие , как стеклования температура). Например, в полисилоксанах (силикон), основная цепь является очень гибкой, что приводит к очень низкому стеклованию температуры -123 ° C (-189 ° F; 150 К). [5] Полимеры с жесткой основной цепью склонны к кристаллизации (например, политиофены ) в тонких пленках и в растворах . Кристаллизация, в свою очередь, влияет на оптические свойства полимера, его оптическую ширину запрещенной зоны и электронные уровни. [6]

Биохимия [ править ]

Есть некоторое сходство и много различий, присущих характеру биополимерных основных цепей. Костяк каждого из трех биологических полимеров; белки , углеводы и нуклеиновые кислоты образуются в результате чистой реакции конденсации . В реакции конденсации мономеры ковалентно связаны вместе с потерей небольшой молекулы, чаще всего воды. [7] Поскольку они полимеризуются с помощью сложных ферментативных механизмов, ни одна из основных цепей биополимеров не формируется за счет удаления воды, а за счет удаления других небольших биологических молекул. Каждый из этих биополимеров можно охарактеризовать какгетерополимер , то есть он состоит из более чем одного мономера, упорядоченного в основной цепи, или гомополимер, который состоит только из одного повторяющегося мономера. Полипептиды и нуклеиновые кислоты очень часто являются гетерополимерами, тогда как обычные макромолекулы углеводов, такие как гликоген, могут быть гомополимерами. Это связано с тем, что химические различия пептидных и нуклеотидных мономеров определяют биологическую функцию их полимеров, тогда как обычные углеводные мономеры выполняют одну общую функцию, такую ​​как хранение и доставка энергии.

Обзор общих магистралей [ править ]

Полимерная химия [ править ]

  • насыщенный алкан (типичный для виниловых полимеров )
  • полимеры ступенчатого роста ( полианилин , политиофен , ПЕДОТ ) основной цепи. Они часто содержат дериватизированные гетероциклы в качестве мономеров, такие как тиофены , диазолы или пирролы .
  • скелет фуллерена [8]
Упрощенная реакция конденсации между двумя аминокислотами, образующими основу полипептида. Это происходит в рибосоме посредством сложного каталитического механизма, включающего высвобождение тРНК .

Биология [ править ]

Белки (полипептиды) [ править ]

Белки являются важными биологическими молекулами и играют важную роль в структуре и функциях вирусов , бактерий и эукариотических клеток. Их основные цепи характеризуются амидными связями, образованными в результате полимеризации между амино- и карбоксильными группами, присоединенными к альфа-углероду каждой из двадцати аминокислот . Эти аминокислотные последовательности в переводе с клеточных мРНК с помощью рибосом в цитоплазме клетки. [9]Рибосомы обладают ферментативной активностью, которая направляет реакцию конденсации, образуя амидную связь между каждой последовательной аминокислотой. Это происходит во время биологического процесса, известного как перевод . В этом ферментативном механизме ковалентно связанный шаттл тРНК действует как уходящая группа для реакции конденсации. Освободившаяся тРНК может «улавливать» другой пептид и постоянно участвовать в этой реакции. [10] Последовательность аминокислот в основной цепи полипептида известна как первичная структура белка. Эта первичная структура приводит к сворачиванию белка во вторичную структуру , образованную водородными связями между карбонильными группами.атомы кислорода и аминовые атомы водорода в основной цепи. Дальнейшие взаимодействия между остатками отдельных аминокислот образуют третичную структуру белка . По этой причине первичная структура аминокислот в основной цепи полипептида является картой окончательной структуры белка и, следовательно, указывает на его биологическую функцию. [11] [2] Пространственные положения атомов основной цепи могут быть восстановлены из положений альфа-атомов углерода с использованием вычислительных инструментов для реконструкции основной цепи. [12]

Упрощенный пример уплотнения, показывающий альфа- и бета- классификацию. Глюкоза и фруктоза образуют сахарозу . Синтез гликогена в организме осуществляется ферментом гликогенсинтазой, который использует уходящую группу дифосфата уридина (UDP).

Углеводы [ править ]

Углеводы выполняют множество функций в организме, в том числе функционируют как структурные единицы, кофакторы ферментов и сайты узнавания на поверхности клетки . Их наиболее распространенная роль заключается в хранении и доставке энергии в клеточных метаболических путях . Самые простые углеводы - это отдельные остатки сахара, называемые моносахаридами, такими как глюкоза , молекула, доставляющая энергию в наш организм. Олигосахариды (до 10 остатков) и полисахариды (до примерно 50 000 остатков) состоят из сахаридных остатков, связанных в основной цепи, которая характеризуется простой эфирной связью, известной как гликозидная связь . В образовании в организме гликогена, полимер-накопитель энергии, эта гликозидная связь образована ферментом гликогенсинтазой . Механизм этой ферментативно управляемой реакции конденсации изучен недостаточно, но известно, что молекула UDP действует как промежуточный линкер и теряется при синтезе. [13] Эти основные цепи могут быть неразветвленными (содержащими одну линейную цепь) или разветвленными (содержащими несколько цепей). Гликозидные связи обозначаются как альфа или бета в зависимости от относительной стереохимии в аномерном (или наиболее окисленном ) углероде. В проекции Фишера, если гликозидная связь находится на той же стороне или на той же стороне, что и углерод 6 обычного биологического сахарида, углевод обозначается как бета, а если связь находится на противоположной стороне, он обозначается как альфа . В традиционной проекции « структура кресла », если связь находится в той же плоскости (экваториальной или осевой), что и углерод 6, она обозначается как бета, а в противоположной плоскости - как альфа . Примером может служить сахароза (столовый сахар), которая содержит альфа-связь с глюкозой и бета-связь с фруктозой . Как правило, углеводы, которые расщепляются в нашем организме, - это альфа.-связанные (пример: гликоген) и те, которые имеют структурную функцию, бета- связаны (пример: целлюлоза ). [2] [14]

Нуклеиновые кислоты [ править ]

Конденсация аденина и гуанина с образованием фосфодиэфирной связи , трифосфорилированная рибоза поступающего нуклеотида подвергается атаке 3'- гидроксилом полимера, высвобождая пирофосфат .

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК) имеют большое значение, поскольку они кодируют производство всех клеточных белков . Они состоят из мономеров, называемых нуклеотидами, которые состоят из органического основания : A , G , C и T или U , пентозного сахара и фосфатной группы . У них есть скелеты, в которых 3 'углерод рибозного сахара связан с фосфатной группой через фосфодиэфирную связь.. Эта связь формируется с помощью класса клеточных ферментов, называемых полимеразами . В этой ферментативно управляемой реакции конденсации все поступающие нуклеотиды содержат трифосфорилированную рибозу, которая теряет пирофосфатную группу с образованием собственной фосфодиэфирной связи. Эта реакция вызвана большим отрицательным изменением свободной энергии, связанным с высвобождением пирофосфата. Последовательность оснований в основной цепи нуклеиновой кислоты также известна как первичная структура. Нуклеиновые кислоты могут иметь длину в миллионы нуклеотидов, что ведет к генетическому разнообразию жизни. Основания выступают из основной цепи пентозофосфатного полимера в ДНК и связаны водородными связями.попарно со своими дополнительными партнерами (A с T и G с C). Это создает двойную спираль с пентозофосфатными скелетами с обеих сторон, образуя таким образом вторичную структуру . [15] [2] [16]

Ссылки [ править ]

  1. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « главная цепь (скелет) полимера ». DOI : 10,1351 / goldbook.M03694
  2. ^ a b c d Воет, Дональд; Voet, Judith G .; Пратт, Шарлотта В. (2016). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (5-е изд.). Вайли. ISBN 978-1-118-91840-1.V
  3. Перейти ↑ Cox RA, García-Palmieri MR (1990). «31 Холестерин, триглицериды и ассоциированные липопротеины» . В Walker HK, Hall WD, Hurst JW (ред.). Клинические методы: история, физические и лабораторные исследования (3-е изд.). Баттервортс. ISBN 0-409-90077-X. PMID  21250192 . NBK351.
  4. ^ Будгаард, Ева; Кребс, Фредерик (2006). «Полимеры с малой шириной запрещенной зоны для органической фотовольтаики». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 91 (11): 954–985. DOI : 10.1016 / j.solmat.2007.01.015 .
  5. ^ «Полимеры» . Архивировано из оригинала на 2015-10-02 . Проверено 17 сентября 2015 .
  6. ^ Брабек, CJ; Winder, C .; Шарбер, MC; Sarıçiftçi, SN ; Hummelen, JC; Свенссон, М .; Андерссон, MR (2001). «Влияние беспорядка на фотоиндуцированные возбуждения в фенилзамещенных политиофенах» (PDF) . Журнал химической физики . 115 (15): 7235. Bibcode : 2001JChPh.115.7235B . DOI : 10.1063 / 1.1404984 .
  7. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « Реакция конденсации ». DOI : 10,1351 / goldbook.C01238
  8. ^ Хирш, Андреас (1993). «Полимеры фуллеренов». Современные материалы . 5 (11): 859–861. DOI : 10.1002 / adma.19930051116 .
  9. ^ Ноллер, HF (2017). «Притча о пещерном человеке и Феррари: синтез белка и мир РНК» . Фил. Пер. R. Soc. B . 372 (1716): 20160187. DOI : 10.1098 / rstb.2016.0187 . PMC 5311931 . PMID 28138073 .  
  10. ^ Weinger, Joshua (2006). «Участие гидроксильных групп тРНК A76 в трансляции» . Биохимия . 45 (19): 5939–5948. DOI : 10.1021 / bi060183n . PMC 2522371 . PMID 16681365 .  
  11. ^ Берг JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). «3.2 Первичная структура: аминокислоты связаны пептидными связями с образованием полипептидных цепей» . Биохимия (5-е изд.). WH Freeman. ISBN 0-7167-3051-0. NBK22364.
  12. ^ Бадачевска-Давид, Александра Е .; Колинский, Анджей; Кмесик, Себастьян (2020). «Вычислительная реконструкция атомистических белковых структур по крупнозернистым моделям» . Журнал вычислительной и структурной биотехнологии . 18 : 162–176. DOI : 10.1016 / j.csbj.2019.12.007 . ISSN 2001-0370 . PMC 6961067 . PMID 31969975 .   
  13. ^ Buschiazzo, Alejandro (2004). «Кристаллическая структура гликогенсинтазы: гомологичные ферменты катализируют синтез и распад гликогена» . Журнал EMBO . 23 (16): 3196–3205. DOI : 10.1038 / sj.emboj.7600324 . PMC 514502 . PMID 15272305 .  
  14. ^ Bertozzi CR, Рабук D (2009). «Структурные основы разнообразия гликанов» . В Варки А., Каммингс Р.Д., Эско Дж. Д. и др. (ред.). Основы гликобиологии (2-е изд.). Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. ISBN 9780879697709. PMID  20301274 .
  15. ^ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж. И др. (2002). «Механизмы репликации ДНК» . Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Наука о гирляндах. ISBN 0-8153-3218-1. NBK26850.
  16. ^ Лодиш Х, Берк А, Зипурский С.Л. и др. (2000). «4.1, Строение нуклеиновых кислот» . Молекулярная клеточная биология (4-е изд.). WH Freeman. ISBN 0-7167-3136-3. NBK21514.

См. Также [ править ]

  • Подвесная группа
  • Пептид