Вещества не являющиеся природными полимерами: 3913 Полимеры природные (например, альгиновая кислота) и полимеры природные модифицированные (например, отвержденные протеины, химические производные натурального каучука), в первичных формах, в другом месте не поименованные или не включенные:

alexxlab | 15.03.2021 | 0 | Разное

Содержание

Общие свойства и биотехнологическое использование бактериальных ПГА

УДК 57

Бессонова Виктория Александровна1, Сапего Диана Витальевна1
1Сибирский Федеральный Университет, Институт Фундаментальной Биологии и Биотехнологии

Аннотация
Полигидроксиалканоаты (ПГА) – семейство полиэфиров, которые естественно синтезируются микроорганизмами. Производные ПГА могут быть использованы в качестве источников энергии, таких как питательные вещества и биотопливо. Использование ПГА, его олигомеров и мономеров, а также связанных с ними технологий имеют потенциально существенное значение в диапазоне от материалов, энергетики, сельского хозяйства и промышленности в областях медицины.

Ключевые слова: биоматериалы, биоразрушаемый, биосовместимый, полигидроксиалканоаты, полигидроксибутират, полиэфиры.

Bessonova Viktoriya Aleksandrovna1, Sapego Diana Vitalyevna

1
1Siberian Federal University, Institute of Fundamental Biology and Biotechnology

Abstract
Polyhydroxyalkanoates (PHA) – a family of polyesters that are naturally synthesized by microorganisms. PHA derivatives can be used as sources of energy, such as nutrients and biofuels. Using the PHA, its oligomers and monomers, as well as associated technologies are potentially significant in the range of materials, energy, agriculture and industry in the fields of medicine.

Рубрика: 03.00.00 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Бессонова В.А., Сапего Д.В. Общие свойства и биотехнологическое использование бактериальных ПГА // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 1 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2017/01/77471 (дата обращения: 09.11.2022).

Полигидроксиалканоаты (ПГА) – полимеры гидроксипроизводных жирных кислот микробиологичекого происхождения [1]. Они представляют собой группу универсальных сложных полиэфиров, продуцируемые многими микроорганизмами в качестве внутриклеточных соединений углерода и соединений для хранения энергии при несбалансированном состоянии роста. Наиболее известным представителем ПГА является гомополимер ПГБ [2].

В целом, исходя из длины углеродной цепи оксикислот, образующих полимеры, полигидроксиалканоаты подразделяют на три основные группы: 1) короткоцепочечные (short-chain-length, SCL), состоящие из кислот с длиной углеродной цепи от 3-х до 5-ти углеродных атомов; 2) среднецепочечные (medium-chain-length, MCL), в составе которых от 6 до 14 атомов углерода; 3) длинноцепочечные (long-chain-length, LCL) с содержанием кислот С17 и С18 [3].

С биотехнологической точки зрения полигидроксиалканоаты имеют два важных свойства, дающих им значительное преимущество по сревнению с другими синтетическими продуктами: они биоразрушаемы и биосовместимы. Термин “биоразрушаемый” применяется к любому полимеру, который быстро разрушается до CO2, воды и биомассы; это предполагает, что такие полимеры могут ассимилироваться многими видами микроорганизмов, таким образом предотвращающих их накопление в окружающей среде. Второе свойство – биосовместимость,  показывает, что ПГА не вызывает токсического воздействия применительно к широкому кругу хозяев.

ПГА иммунологически инертны, и они только медленно деградируют в человеческих тканях. Более того, следы ПГБ были найдены в мембранах клеток млекопитающих, а его предшественник, (R)-3-гидроксибутират, присутствует в крови в диапазоне миллимолярных концентраций. Все эти причины должны были бы оправдать использование ПГБ как биоматериалов для медицинских устройств. Однако их высокая кристалличность, хрупкая природа и тот факт, что они являются достаточно жесткими материалами, которые начинают деградировать при температуре, немного превышающей точку плавления, препятствовали их использованию. MCL-ПГА (являющиеся полукристаллическими термопластическими эластомерами), похоже, представляют собой более удачные биоматериалы для биомедицинских приложений. К сожалению, MCL-ПГА имеют низкие температуры перехода и более низкую кристалличность. Принимая во внимание преимущества и ограничения обоих видов полимеров, были сделаны попытки, основанные на достижениях биохимии, генетики и биотехнологии, получить гибридные SCL-MCL-сополимеры с целью достичь различных или улучшенных физико-химических свойств и более широкого спектра биотехнологических приложений ПГА [4].

Различные сополимеры ПГБ получались следующими процедурами. Манипуляция биотехнологическими процессами при культивировании различных бактерий (A. latus, B. cereus, P. pseudoflava – H. pseudoflava, P. cepacia, M. halodenitrificans, Azotobacter sp. и C. necator), при лимитировании азотом, на средах с глюкозой (или сахарозой в случае A. latus) и пропионовой кислотой (или другими пропионогенными источниками углерода) приводила к продукции ПГБ, содержащего случайное количество (R)-3-гидроксивалерата [5]. Эти сополимеры имели пониженную кристалличность и низкую температуру плавления, что приводило к улучшенной гибкости, прочности и более быстрой обработке [6]. Более того, сополимеры SCL-MCL, состоящие в основном из мономеров гидроксибутирата (ГБ) с небольшим количеством мономеров гидроксигексаноата (ГГ), имели свойства, похожие на таковые у полипропилена. Этот сополимер (поли(ГБ-ГГ)) является прочным и гибким материалом [7].

Генетическая инженерия также оказала влияние получение сополимеров SCL-MCL-ПГА.

Экспрессия генов ПГА в Escherichia coli или в других микроорганизмах, не являющихся природными продуцентами, внесла свой вклад в увеличение выхода полимеров и изменение их состава по срвнению с ПГА дикого типа. Другие генетические подходы, которые также приводили к накоплению штаммов – сверхпродуцентов ПГА, основывались на выделении мутантов, у которых были удалены: во-первых,  гены, кодирующие ферменты β-окисления; во-вторых, гены, кодирующие ферменты, относящиеся к глиоксилатному шунту; в-третьих, различные гены, кодирующие деполимеразы SCL-ПГА и MCL-ПГА.  Дополнительно, трансформация этих мутантов генами, относящимися к кластеру ПГА, позволила синтезировать большое число различных полимеров с новыми свойствами и интересными характеристиками. Сополимеры ПГА, содержащие (R)-3-гидроксигексановую, (R)-3-гидроксиоктановую и (R)-3-гидроксидекановую кислоты, были синтезированы рекомбинантными мутантами E. coli (fadB-), экспрессирующими гены phaC1 и phaC2 из Pseudomonas aeruginosa и Burkholderia caryophylli, соответственно.
Более того, когда E. coli трансформировали генетической конструкцией, несущей ген hbcT из Clostridium kluyveri (кодирующий 4-гидроксибутирил-CoA-трансферазу) и ген phaC из C. necator, различные полимеры накапливались даже при отсутствии генов phaA (кодирует β-кетотиолазу при синтезе ацетоацетил -CoA из ацетил-CoA) и phaB (кодирует NADPH-оксидоредуктазу). Другие авторы показали, что экспрессия гена, кодирующего редуктазу 3-кетоалкановых кислот, ассоциированных с белком-переносчиком (fabG), увеличивает продукцию сополимера ПГА в рекомбинантном штамме E. coli JM 109.

Технологические достижения в стратегиях ферментации и применение новых программ подачи субстрата также внесли свой вклад в оптимизацию выхода сополимеров у различных микроорганизмов и в получение других сополимеров с новыми или модифицированными структурами, и достаточно различающимися физико-химическими свойствами (от хрупких и кристаллических до гибких и резиноподобных полимеров [4].

Библиографический список

  1. Boyandin A. N., Nikolaeva E. D., Shabanov A. V., VasilievA. D. Obtaining and Investigation of Polymer Compositions Based on Poly-Hydroxybutyrate// Journal of Siberian Federal University. Biology 2. – 2014, №7. – 174 –185p.
  2. Chen, G. Q. A microbial polyhydroxyalkanoates (PHA) based bio- and materials industry//Chem. Soc. Rev., 2009. –  2434 – 2446 p.
  3. Волова Т. Г., Севастьянов В. И., Шишацкая Е. И. Полиоксиалканоаты (ПОА) – биоразрушаемые полимеры для медицины// Новосибирск: Издательство СО РАН, 2003. – 330 с.
  4. Chen G.Q. Plastics from Bacteria: Natural Functions and Applications. Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. – 449p.
  5. Ramsay BA, Lomaliza K, Chavarie C, Dube B, Bataille P, Ramsay JA (1990) Production of poly(b-hydroxybutyric-co-b-hydroxyвалериановая) acids. Appl Environ Microbiol 56: 2093–2098
  6. Findlay RH, White DC (1983) Polymeric beta-hydroxyalkanoates from environmental samples and Bacillus megaterium. Appl Environ Microbiol 45:71–78
  7. Abe H, Doi Y (2002) Side-chain effect of second monomer units on crystalline morphology, thermal properties, and enzymatic degradability for random copolyesters of (R)-3-hydroxybutyric acid with (R)-3-hydroxyalkanoic acids. Biomacromolecules 3:133–138

Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Бессонова Виктория Александровна»

© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Тесты по теме Полимеры. ВМС. Часть 1

Чтобы поделиться, нажимайте

Тесты по теме Полимеры. ВМС. Часть 1

Предлагаем вашему вниманию тесты по теме Полимеры с подробными видео-объяснениями (даны сразу после условий задания) и ответами (приведены в конце страницы).

Составитель — репетитор по химии в Skype или Zoom — Александр Владимирович Коньков (подробнее здесь)

1. Укажите среднюю молярную массу полиэтилентерефталата, если его степень полимеризации составляет 3400:

  1. 480000 г/моль

  2.  652800 г/моль

  3.  340000 г/моль

  4.  580000 г/моль

 

2. В основе получения каких веществ лежит реакция полимеризации, а не поликонденсации?

  1. лавсан, кевлар, капрон

  2.  вискоза, тринитроцеллюлоза, триацетилцеллюлоза

  3.  найлон, полипептиды, фенолформальдегидные смолы

  4.  плексиглас, полистирол, тефлон

 

3. Реакцию полимеризации используют в промышленности для получения:

  1. лавсана

  2.  целлюлозы

  3.  капрона

  4.  полиизопрена

 

4. Образец этилена имеет среднюю молярную массу 100800 г/моль. Укажите число структурных звеньев в этой макромолекуле этилена:

  1. 7800

  2.  3600

  3.  8400

  4.  4200

 

5. Укажите структурное звено макромолекулы, полученной полимеризацией 2,4-диметилпентадиена-1,3:

6. По реакции поликонденсации получают:

1) поливинилацетат

2) полихлоропрен

3) тефлон

4) кевлар

7. Для соединения, формула которого представлена на рисунке, можно утверждать, что:

1) является мономером

2) получается из изопрена

3) фрагмент стереорегулярного каучука

4) относится к природным ароматическим соединениям

8. Укажите утверждение, верно характеризующее ВМС, формула которого представлена на рисунке :

1) получают из мономера, формула которого

2) получают по реакции поликонденсации

3) имеет название цис-полиизопрен

4) если степень полимеризации равна 1000, то относительная молекулярная масса ВМС равна 120 600

9. В реакциях полимеризации мономерами могут быть:

1) а, б

2) б, г

3) б, г, е

4) а, в, д

5) б, д, е

10. Мономером полигексадиена может быть:

1) CH

2 = CH – CH = CH – CH2 – CH2 – CH3

2) CH

3 – CH = CH – CH2 – CH2 – CH3

3) CH

2 = C(CH3) – C(CH3) = CH2

4) CH

3 – CH = CH – CH = CH – CH3

5) CH

3 – CH = CH – CH = CH – CH2 – CH3

11. Продуктами реакций полимеризации являются все вещества ряда:

1) бензол, толуол, кумол

2) фенол, этанол, фенолформальдегидная смола

3) лавсан, диацетилцеллюлоза, триацетилцеллюлоза

4) полиэтилен, полипропилен, анилин

5) полибутадиен, поливинилхлорид, тефлон

12. Укажите название полимера, который образуется в природе:

1) изопрен

2) капрон

3) лавсан

4) целлюлоза

5) полибутадиен

13. Укажите формулу высокомолекулярного соединения, которое получают по реакции поликонденсации:

14. В реакции полимеризации в качестве мономера НЕЛЬЗЯ использовать:

1) изопрен

2) дивинил

3) винилацетат

4) изобутан

15. Полимер, формула которго , образован мономером:

1) пропилен

2) пропин

3) дивинил

4) этен

16. Продуктами реакций поликонденсации являются:

1) анилин и тринитроцеллюлоза

2) лавсан и капрон

3) поливинилхлорил и полибутадиен

4) бензол и полиэтилен

17.

По реакции полимеризации получают:

1) капрон

2) лавсан

3) анилин

4) бутадиен-стирольный каучук

18. Дан полимер Его мономер:

1) стирол

2) кумол

3) изопрен

4) терефталевая кислота

19. Выберите формулу мономера для получения полипропилена:

20.

К низкомолекулярным веществам можно отнести:

1) галактозу

2) капрон

3) каучук

4) тефлон

Ответы:

Развернуть/свернуть

1. 2

2. 4

3. 4

4. 2

5. 4

6. 4

7. 3

8. 1

9. 2

10. 4

11. 5

12. 4

13. 4

14. 4

15. 1

16. 2

17. 4

18. 1

19. 2

20. 1

 

В случае, если вы нашли ошибку или опечатку, просьба сообщать об этом автору проекта в контакте https://vk.com/id30891697 или на электронную почту [email protected]

Посмотреть видео-объяснения каждого задания ЦТ, РТ и ДРТ всех лет, а также получить условия всех пробных, тренеровочных и реальных вариантов ЕГЭ, вы можете получив полный доступ к сайту кликнув здесь «Получить все материалы сайта»

А также:

  • Просмотреть все тесты по органической химии
  • Просмотреть все тесты по неорганической химии
  • Посмотреть пробные варианты ЦТ  вы можете здесь, нажав на эту строку
  • Посмотреть пробные и реальные варианты ЕГЭ  вы можете здесь, нажав на эту строку
  • Посмотреть видео-объяснения решений всех типов задач вы можете здесь, нажав на эту строку
  • Посмотреть все видео-уроки вы можете здесь, нажав на эту строку
  • Прочитать теорию для подготовки к ЕГЭ и ЦТ вы можете здесь, нажав на эту строку
  • Больше заданий РТ вы можете найти здесь, нажав на эту строку
  • Больше заданий ЦТ вы можете найти здесь, нажав на эту строку
  • Больше заданий ЕГЭ вы можете найти здесь, нажав на эту строку
  • Все видео-объяснения вы можете найти на YouTube канале, нажав на эту строку
Материалы сайта (тесты, задания, задачи, видео) разработаны автором самостоятельно и не являются копией каких-либо других заданий, в том числе заданий, разработанных РИКЗом (Республиканским институтом контроля знаний). При составлении заданий использованы идеи, которые были использованы составителями ЦТ и РТ, что не является нарушением авторского права. Все материалы сайта используются исключительно в образовательных целях.
В доказание вышесказанного, привожу выдержки из Закона Республики Беларусь «Об авторском праве и смежных правах»:
Статья 7. Произведения, не являющиеся объектами авторского права
Пункт 2. Авторское право не распространяется на собственно идеи, методы, процессы, системы, способы, концепции, принципы, открытия, факты, даже если они выражены, отображены, объяснены или воплощены в произведении.
Статья 32. Свободное использование объектов авторского права и смежных прав
Пункт 2. Допускается воспроизведение отрывков из правомерно обнародованных произведений (цитирование) в оригинале и переводе в исследовательских, образовательных, полемических, критических или информационных целях в том объеме, который оправдан целью цитирования.
Статья 36. Свободное использование произведений в образовательных и исследовательских целях
Пункт 2. Статьи и иные малообъемные произведения, правомерно опубликованные в сборниках, а также газетах, журналах и других печатных средствах массовой информации, отрывки из правомерно опубликованных литературных и иных произведений могут быть воспроизведены посредством репродуцирования и иного воспроизведения в образовательных и исследовательских целях.

Какие природные полимеры в смысле запрета одноразового пластика?

После относительно короткого периода переговоров в июне 2019 года были приняты и опубликованы новые правила использования одноразового пластика для борьбы с морским мусором, вкратце известные как «запрет одноразового пластика» (Европейский парламент и совет, 2019 г.).

Предметы, подпадающие под этот запрет, включают одноразовые изделия из пластика, альтернативы которым существуют на рынке, такие как ватные палочки, столовые приборы, тарелки, соломинки, мешалки, палочки для воздушных шаров, а также чашки, продукты питания и напитки контейнеры из пенополистирола и все изделия из оксоразлагаемого пластика.

Для целей Директивы и ее мер пластик определяется как материал, состоящий из полимера, к которому могут быть добавлены добавки или другие вещества, и который может функционировать в качестве основного структурного компонента конечных продуктов, за исключением природных полимеров, не подвергавшихся химической модификации (Приложение 3.1, Определение – Пластик).

Время запретить компостируемые пластмассы, Уэльс и Шотландия

 

Это означает, что под запрет подпадают все ранее названные изделия из пластмассы, определенные как таковые (Определение Приложения 3.1 – Пластмасса), за исключением тех, которые изготовлены из «природных полимеров, которые не были химически модифицированы» в смысле определения REACH не химически модифицированное вещество (Приложение 3.3 Определение – Нехимически модифицированное вещество).

Однако в Директиве не указано, какие полимеры относятся к группе «природных полимеров». Кроме того, термин «натуральные полимеры» как таковой далее не определяется в рамках предложения Директивы.

Для определения полимера как компонента пластмассы Директива ссылается на регламент REACH (Европейский парламент и совет, 2007 г.) (Приложение 3.1 Определение – Пластик), здесь используются термины полимер (Приложение 3.2 Определение – Полимер) и определены термины «вещества, встречающиеся в природе» (Приложение 3.4 «Определение – Вещества, встречающиеся в природе»).

Рассмотрев, разграничив и интерпретировав эти два определения, Европейское химическое агентство (ECHA) внедрило определение природных полимеров, в котором они объясняются «как полимеры, являющиеся результатом процесса полимеризации, происходящего в природе, независимо от процесс экстракции, с помощью которого они были извлечены» (ECHA 2012) (Приложение 3.5 Определение – Природный полимер).

Кроме того, подчеркивается, что природные полимеры не обязательно являются веществами, встречающимися в природе, при извлечении и оценке в соответствии с определением веществ, встречающихся в природе (Приложение 3. 4 Определение – Вещества, встречающиеся в природе).

Основываясь на этом определении природного полимера, ниже приводится примерный список полимеров, которые следует считать природными, и примеры полимеров, которые не должны считаться природными. Подчеркивается, что этот список не претендует на полноту.

1 Полимеры, которые следует рассматривать как природные полимеры

Процессы полимеризации, происходящие в природе, основаны на метаболизме и биосинтезе организмов и микроорганизмов, таких как животные, растения и водоросли, грибы и бактерии.

Большинство этих природных полимеров представляют собой полисахариды или белки, но возможны и другие формы, например лигнин и полигидроксиалканоаты (ПГА).

Как правило, эти природные полимеры выполняют различные функции в организмах и/или микроорганизмах в качестве текстурообразующего компонента (например, хитин), компонента клеточного взаимодействия (например, гликопротеины) или в качестве материала для накопления энергии (например, полигидроксиалканоаты (ПГА)).

Биосинтез происходит либо в самой природе, либо преднамеренно индуцируется в процессах искусственного выращивания и ферментации.

Следующие примеры химически немодифицированных полимеров и классов полимеров сгруппированы в соответствии с их природным происхождением. Они производятся посредством описанного биосинтеза и должны рассматриваться как природные полимеры:

  • Природные полимеры, полученные путем биосинтеза у животных, таких как:
    • Полисахариды и полимеры на их основе: хитин, гиалуроновая кислота
    • – Белки и на их основе: казеин, коллаген, желатин, волосы, кератин, шелк
    • − Прочее: полифосфаты
  • Природные полимеры, полученные путем биосинтеза в растениях и водорослях, такие как:
    • Полисахариды и полимеры на их основе: агар-агар, альгинат, целлюлоза1, гемицеллюлоза, инулин, леван, пектины, крахмал (амилопектин, амилоза), ксантан
    • Прочее: кутин, немодифицированный лигнин, полифосфаты, суберин
    • Смеси природных полимеров и других природных соединений: хлопок, глютен, латекс
  • Природные полимеры, полученные путем биосинтеза в грибах, такие как:
    • Полисахариды и полимеры на их основе: α-1,3-глюкан, хитин, хитозан
    • Белки и полимеры на их основе: гликопротеины
    • Прочее: полималат (PMLA), полифосфаты
  • Природные полимеры, полученные путем биосинтеза в бактериях, такие как:
    • Полисахариды и полимеры на их основе: альгинат, бактериальная целлюлоза, курдлан, декстран, пуллулан, ксантан
    • Прочее: ε-поли-L-лизин, гиалуроновая кислота, поли-γ-глутаминовая кислота, полигидроксиалканоаты (ПГА), полифосфаты

На основании определения полимеров в регламенте REACH (Европейский парламент и совет 2007 г. ) (Приложение 3.2 Определение – Полимер), под это определение подпадают также так называемые олигомеры (если количество мономеров > 2) и природные разновидности из них должны быть рассмотрены здесь. В принципе, олигомеры являются промежуточными соединениями между мономерами и полимерами, они представляют собой более низкомолекулярные варианты полимеров и систематически называются в соответствии с количеством вовлеченных мономеров: димер (2), тример (3), тетрамер (4) и т. д.

  • Природные олигомеры, полученные путем биосинтеза растений и водорослей, такие как:
    • Вторичные метаболиты: эллагитаннины, галлотаннины, олигомерные проантоцианидины
  • Природные олигомеры, полученные путем биосинтеза в грибах, таких как:
    • Олигомеры на основе жирных кислот: экзофилин А

2 Полимеры, которые не следует рассматривать как природные полимеры

Помимо этих природных полимеров, которые могут использоваться и используются как таковые без каких-либо дополнительных модификаций, также существуют природные полимеры, химически модифицированные перед использованием для получения определенных свойств.

Поэтому следующие примеры полимеров и классов полимеров не следует рассматривать как природные полимеры.

Также этот список не претендует на полноту:

  • Примеры химических модифицированных природных полимеров
    • Целлюлоза: ацетат целлюлозы, бутират целлюлозы и другие производные целлюлозы
    • Лигнин: лигнинсульфонат
    • Крахмал: ацетаты крахмала и прочие производные крахмала

Как определено в Приложении 3.2 «Определение — Полимер», полимеры в целом всегда состоят из одних и тех же или разных мономеров, также называемых строительными блоками.

Эти строительные блоки могут производиться растениями и водорослями, а также грибами и бактериями из возобновляемого сырья и поэтому имеют природное биологическое происхождение.

Полимеры на биологической основе, которые производятся из этих мономеров на биологической основе, всегда синтезируются в результате реакции полимеризации вне растения или микробной клетки, что является химической модификацией.

Поэтому следующие примеры полимеров на биологической основе также не следует рассматривать как природные полимеры:

  • Примеры мономеров на биологической основе, используемых для производства полимеров на биологической основе, таких как:
    • Мономеры на биологической основе из растений и водорослей: биоэтанол для полиэтилена на биологической основе
    • Мономеры на биологической основе из грибов и бактерий: молочная кислота для полимолочной кислоты (PLA), себациновая кислота для полиамидов (PA), янтарная кислота и 1,4-бутандиол для полибутиленсукцината (PBS)

Основываясь на этих научных фактах и ​​четких указаниях REACH (Европейский парламент и совет, 2007 г.) и ECHA (ECHA, 2012 г.), мы просим Европейскую комиссию исключить вышеупомянутые «природные полимеры» из мер, изложенных в Директиве. 2019/904 (Европейский парламент и Совет, 2019 г.).

Эксперты, поддержавшие данное предложение: Кельн, сентябрь 2019 г.

• Проф. д-р Ларс М. Бланк, Рейнско-Вестфальская техническая высшая школа Ахена (RWTH Ахенский университет), Институт прикладной микробиологии (iAMB), Германия

• Проф. д-р Кристиан Бонтен, Штутгартский университет, Институт прикладной техники (IKT), Германия

• Проф. д-р Джордж Го-Цян Чен, Университет Цинхуа, Центр синтетической и системной биологии, Китай

• Проф. Д-р Крейг Криддл, Стэнфордский университет, Группа экологической биотехнологии, США

• Проф. д-р Брюс Э. Дейл, Мичиганский государственный университет (МГУ), Мичиганский институт биотехнологии, Ист-Лансинг, США

• Проф. д-р Стефан Де Вильдеман, KULeuven, Центр устойчивого катализа и инженерии (CSCE), Левен, Бельгия

• Проф. д-р Людо Дильс, Фламандский институт технологических исследований (VITO), Мол и Антверпенский университет, Институт окружающей среды и устойчивого развития, Бельгия

• Проф. д-р Мария Ауксилиадора Прието Хименес, Центр биологических исследований — Испанский национальный Исследовательский совет (CIB-CSIC), Группа полимерных биотехнологий, Мадрид, Испания

• Доц. Д-р Марина Калюжная, Государственный университет Сан-Диего (SDSU), факультет клеточной и молекулярной биологии, США

• Проф., д-р Клаус Кюммерер, Люнебургский университет Леуфана, кафедра устойчивой химии и физических ресурсов, Германия

• Проф., д-р Микаэль Линдстрем, Научно-исследовательский институт Швеции, RISE Bioeconomy, Биоматериалы, Стокгольм, Швеция

• Проф. Д-р Катя Лоос, Гронингенский университет, макромолекулярная химия и новые полимерные материалы, Нидерланды

• Проф. д-р Кевин О’Коннор, Дублинский университетский колледж (UCD), Исследовательский центр биоэкономики BEACON SFI и Школа биомолекулярных и биомедицинских наук , Ирландия

• Проф. д-р Антье Потхаст, Университет природных ресурсов и биологических наук, Институт химии возобновляемых источников энергии, Вена, Австрия

• Проф. д-р Джулиана Рамзи, Королевский университет, факультет химического машиностроения, Кингстон, Канада

• Проф., д-р Штефан Спирк, Технологический университет Граца, Институт технологии бумаги, целлюлозы и волокна, Австрия

• Проф. , д-р Александр Штайнбюхель, Вестфальский университет Вильгельма, Мюнстер, Институт молекулярной микробиологии и биотехнологии, Германия

• Проф. д-р Манфред Зинн, Университет прикладных наук и искусств Западной Швейцарии – Вале (HES-SO Valais-Wallis), Институт технологий жизни, Сьон 2, Швейцария

• и команда nova: Майкл Карус, д-р , Пиа Скочински, Лара Даммер и Ахим Рашка

REFS

Опубликовано nova-Institute, Хюрт, Германия, 18 сентября 2019 г.; Обновленная версия 08 октября 2019 г.

19-10-08-Какие-полимеры-являются-натуральными-полимерами

Вот так:

Нравится Загрузка…

Природные полимеры

Ферменты

Ферменты являются одним из ключевых типов полипептидов и имеют решающее значение. к жизни на земле. Все живые организмы используют ферменты для создания, модификации, и измельчить обсуждаемые здесь полимеры. Ферменты являются катализаторами которые выполняют определенные работы. На самом деле, часто каждый фермент делает только один тип работы или делает только один вид молекулы. Это означает что должно быть много разных ферментов, и все они сделаны из разных комбинации аминокислот, соединенных уникальным образом в полипептиды, выполнять всю работу, которая необходима любому живому организму. Мы знаем что каждое существо на земле имеет сотни или даже тысячи различные ферменты, чтобы сделать все работы, которые он требует. Что действительно странно, что каждый из ферментов должен быть сделан другими ферментами. Это приводит к очень сложным механизмам управления: мы не имеем ни малейшего представления (в большинстве случаев), как природа решает какие ферменты нужно производить и когда, или как ферменты включался и выключался. Мы начинаем это понимать, и изучение таких систем составляет важную часть биохимии и биология.

Поездка по Шелковому пути

Один из уникальных полипептидов, который мы использовали очень рано для его превосходными свойствами был шелк. Шелк был открыт китайцами. задолго до рождения Христа. Шелк делают крошечные гусеницы пытаются плести коконы для их превращения в мотыльков. Мы украсть шелк у гусениц, что оставляет их в подвешенном состоянии, довольно много. Шелк скручивают в волокна. Пучки очень тонких отдельных полимеров, соединенных вместе, чтобы сильнее. Таким же образом мы делаем веревку, используя слабую индивидуальную пряди связаны вместе таким образом, что в целом они одновременно гибкие и сильный. Структура молекул шелка необычна для полипептид. Он содержит большое количество незамещенных аминокислот, глицин. Сегменты глицина способны образовывать плоские вытянутые цепочки. которые могут упаковать вместе красиво и плотно. Это придает шелку его уникальная прочность и блестящая гибкость. Шелк обладает такими уникальными свойствами, особенно в жарком влажном климате, что на протяжении веков он доминировал в торговле в восточной Азии. Торговля шелком между Японией и Китаем контролировалась экономика цивилизаций в этом регионе дольше, чем любая страна хочет признать. Даже в Америке шелк был важен до Второй мировой войны для использования в шелковых чулках. Когда шелк был используется для парашютного шнура, женщины в Америке очень расстроились. Этот привели к тому, что химические компании синтезировали искусственный шелк, нейлон, сделать нейлоновые чулки, чтобы женские ноги оставались теплыми и мужчины могли вернуться к своим войнам.

Другое ключевое различие между полипептидами и нейлонами заключается в как они сделаны. Мы, люди, производим нейлон тоннами в день огромными химические заводы, где простые молекулы соединяются вместе в большое количество, чтобы дать продукты, которые нам нужны или хотят. Природа гораздо более осторожна и лаконична в своих действиях. За живой организм для производства фермента, другого фермента или активного виды должны быть вовлечены. В синтезе всегда участвует шаблон, или запись того, как отдельные аминокислоты должны быть соединены вместе, чтобы получить конечный полимер. Этот шаблон или карта информационная РНК (мРНК). Послание, которое оно несет, конечно же, как фермент, производящий пептиды, должен образовывать полипептид. Каждая аминокислота доставляется к ферменту молекулой-носителем. и активируется для включения целым каскадным семейством этапы реакции. Фермент добавляет одну аминокислоту, одну за другой. время, как указано мРНК. Это медленный и утомительный процесс и занимает много времени. Иногда фермент расстраивается, ждет, когда появится нужная аминокислота, и дает неправильную пощечину. один на вместо. Чтобы компенсировать это, фермент используется для поддержки время от времени, чтобы проверить его работу. Если оно совершило ошибку, у него есть процесс вырезания неправильной аминокислоты и вставки правый. Мы, люди, никогда этого не делаем. Если мы ошибемся, мы просто измельчаем его и выбрасываем.

Наши слабые возможности

Мы начинаем понимать, как природа размещает эти молекулы вместе, и мы выяснили, как сделать это сами. Однако, мы не очень хороши в этом и не можем делать очень большие молекулы эффективно варьироваться. Причина в том, что если мы ошибаемся, это разрушает всю молекулу, и мы не знаем, как это исправить. Вид машины, используемой для производства синтетических аналогов полипептидов называется «синтезатор пептидов». Такая машина есть построены вокруг крошечных полимерных шариков, которые мы прикрепляем к первому амино кислоты, которую мы хотим поместить в нашу полипептидную цепь. (Это называется подходом синтеза Меррифилда. Применение полимера бисер был отличной творческой идеей, и Роберт Меррифилд выиграл Нобелевская премия за это еще в 1984.) Затем берем активированный аминокислоту, подобную той, что использует природа, и присоединяют ее, образуя амидная связь. Мы повторяем этот процесс снова и снова, пытаясь чтобы эта реакция шла каждый раз на каждую молекулу на каждом шарик. Иногда нам не так везет, и мы пропускаем и аминокислоту. Это означает, что в некоторых полипептидах отсутствуют звенья. Это всегда приводит к смешиванию хорошего продукта с плохим. в котором хороший продукт может быть второстепенным компонентом. Это получает тем хуже, чем больше полипептид, который мы пытаемся получить, и одна из основных проблем, с которыми мы сталкиваемся при производстве полипептидов. Если бы мы могли просто выяснить, как сделать резервную копию и проверить каждый наших дополнений, а потом исправить ошибки, которые там есть, может быть, мы могли бы делать свою работу так же хорошо, как природа. Может быть.

Вы, наверное, спрашиваете, почему мы хотим сделать такую ​​плохую работу создания синтетических аналогов того, что природа делает так хорошо. (Если ты нет, просто подыгрывайте.) Причин много, одна из которых состоит в том, чтобы выяснить, как природа это делает. Другой выяснить, почему пептиды и ферменты работают так, как они делать. Нам, простым смертным, не всегда понятно, почему данная последовательность Аминокислоты заставляют полипептид принимать определенную форму или структура. Эти структуры являются ключом к тому, как полипептиды делать любую работу, которую приготовила для них природа. Иногда, когда мы видим, как природа объединяет эти молекулы, мы можем сделать синтетические аналоги, которые делают то же самое, но их легче изготовить. Это привело к разработке новых лекарств и методов лечения. при некоторых генетических заболеваниях.

Природа также действует не так, как мы, синтезируя полипептиды. в воде. Фактически, в большинстве наших синтезов вода не используется. Мы синтезировать наши полиамиды в токсичных органических растворителях. Это приводит к проблеме: что мы делаем с органическими растворителями, когда мы через? Иногда мы сжигаем, но все больше и больше пытаемся для переработки этих материалов. Они не только дорожают покупать в первую очередь (по сравнению с дешевой водой, которая есть везде, или почти везде) но мы должны нести ответственность за их переработку, очистка и окончательная утилизация. Пример того, как природа использует воды таким образом, и один из них, который мы до сих пор не выяснили, производство паутины. Пауки плетут свои сети из растворов полипептидов в воде. Эти решения выдавливаются крошечная фильера паука и быстро удлинялась, образуя паутина, которую мы все видели и иногда запутывались in. Что действительно странно, так это то, что как только эта паутина сформируется, они больше не растворяются в воде.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *