Биомолекулы

Пентозы широко представлены в животном и  растительном мире. Эта группа содержит такие важные вещества, как рибоза и дезоксирибоза - сахара, входящие в состав мономеров нуклеиновых кислот РНК и ДНК . В дезоксирибозе около одного из атомов углерода отсутствует кислород, отсюда и название этого углевода. Из гексоз наиболее широко распространены глюкоза , фруктоза и галактоза . Их общая формула С6Н12О6: Глюкоза - виноградный сахар, чрезвычайно широко распро страненный в природе. В свободном состоянии глюкоза встречается как в растениях, так и в животных организмах. Она входит в состав важнейших ди- и полисахаридов. Глюкоза - первичный источник энергии для клеток.

4. Лигнин

Лигнин (от лат. lignum — дерево, древесина) — вещество, характеризующее одеревеневшие стенки растительных клеток. Сложное полимерное соединение, содержащееся в клетках сосудистых растений и некоторых водорослях.

Одеревеневшие клеточные оболочки обладают ультраструктурой, которую можно сравнить со структурой железобетона: микрофибриллы целлюлозы по своим свойствам соответствуют арматуре, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие, — бетону

        Рис.    Фрагмент молекулы лигнина

Одеревеневшие клеточные  оболочки обладают ультраструктурой, которую можно сравнить со структурой железобетона: микрофибриллы целлюлозы по своим свойствам соответствуют арматуре, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие, — бетону

С химической точки зрения лигнин является ароматической частью древесины. Древесина лиственных пород содержит 18-24 % лигнина, хвойных — 27-30 %. В анализе древесины лигнин рассматривают как негидролизуемую часть древесины.

Лигнин в отличие от углеводов не является индивидуальным веществом, а представляет собой  смесь ароматических полимеров  родственного строения. Именно поэтому  невозможно написать его структурную  формулу. В то же время известно, из каких структурных единиц он состоит  и какими типами связей эти единицы  объединены в макромолекулу. Мономерные звенья макромолекулы лигнина называют фенилпропановыми единицами (ФПЕ), поскольку  эти структурные единицы являются производными фенилпропана. Хвойный  лигнин состоит практически целиком  из гваяцилпропановых структурных  единиц. В состав лиственного лигнина  кроме гваяцилпропановых единиц входят в большом количестве сирингилпропановые единицы. В состав некоторых лигнинов, главным образом травянистых  растений, входят единицы, не содержащие метоксильных групп - гидроксифенилпропановые  единицы.

Лигнин — ценное химическое сырьё, используемое во многих производствах и в медицине.

 

Приминение лигнина

Сульфатный лигнин ограниченно  применяется в производстве полимерных материалов, фенолформальдегидных смол, и как компонент клеящих композиций в производствеДСП, картона, фанеры и др. Гидролизный лигнин служит котельным топливом в лесохимических производствах, а также сырьем для получения гранулированного активного угля, пористого кирпича, удобрений, уксусной и щавелевой кислот, наполнителей.

Сравнительно недавно лигнин был  успешно использован в производстве полиуретановой пены.

В 1998 году в Германии фирмой «Текнаро»  был разработан процесс получения  Арбоформа — материала, названного «жидкой древесиной». В 2000 г. под Карлсруэ был открыт завод по производству биопластика, сырьем для которого служит лигнин, волокна льна или конопли и некоторые добавки, также растительного происхождения. По своей внешней форме арбоформ в застывшем состоянии похож на пластик, но имеет свойства полированной древесины. Достоинством «жидкой древесины» является возможность её многократной переработки путём переплавки. Результаты анализа арбоформа после десяти циклов показали, что его параметры и свойства остались прежними.

Активированный путем щелочной обработки с последующей отмывкой и нейтрализацией лигнин используется для сбора разливов нефти и  нефтепродуктов с водных и твердых  поверхностей.

В медицине гидролизный лигнин зарегистрирован  как международное непатентованное название и используется в качестве лекарственного средства(Полифан, Полифепан, Полифепана гранулы, Полифепана паста, БАД Полифепан плюс, Лигносорб, Энтегнин, Фильтрум-СТИ, Лактофильтрум) Энтеросорбент на основе природного полимера растительного происхождения лигнина был разработан в Германии Г. Шоллером, Л. Мейером и Р.Брауном в 1943 году под названием «пролизан». Лигнин успешно применялся как против диарей различного происхождения, а детям раннего возраста вводился клизмой. В 1971 году в Ленинграде создали «медицинский лигнин», который позднее был переименован в Полифепан.^[14]. Испытания, проводившиеся на лягушках и кроликах не выявили никаких признаков токсического действия препарата. П. И. Кашкин и О. Д. Васильев в том же году исследовали адсорбирующую способность лигнина и показали, что 1 г препарата поглощает и удерживает в своей структуре 7 300 000 бактерий. Очень высоким оказалось также и поглощение лигнином сальмонелл, холероподобного вибриона, желтого стафилококка и некоторых грибов.

Гидролизный лигнин также используется в ветеринарии для тех же целей, что и у человека.

Энтеросорбенты на основе лигнина  оказывают энтеросорбирующее, дезинтоксикационное, противодиарейное, антиоксидантное, гиполипидемическое и комплексообразующее действие. Связывает различные микроорганизмы, продукты их жизнедеятельности, токсины  экзогенной и эндогенной природы, аллергены, ксенобиотики, тяжелые металлы, радиоактивные  изотопы, аммиак, двухвалентные катионы  и способствует их выведению через  ЖКТ.

 

Области применения энтерособрентов  на основе гидролизного лигнина

Гастроэнтерология:

• дисбактериоз кишечника
• функциональная кишечная диспепсия
• панкреатит
• хронический гепатит
• хронический энтероколит
• неспецифический язвенный колит
• цирроз печени
• компенсирует недостаток естественных пищевых волокон в пище человека, положительно влияя на микрофлору толстого кишечника и на неспецифический иммунитет

Инфекционные:

• острые кишечные инфекции, в том числе у новорожденных и беременных
• дезинтерия
• вирусный гепатит
• грипп, ОРВИ и другие простудные заболевания
• сальмонеллез, холера

Нефрология:

• хронический пиелонефрит
• почечная недостаточность

Хирургия:

• рак толстой кишки (подготовка к операции)
• травматические, гнойные и ожоговые раны
• трофические язвы
• послеоперационные воспалительные осложнения, сепсис

Аллергические:

• лекарственные и пищевые аллергии
• токсикодермия, аллергодерматозы, нейродерматит
• отек Квинке
• бронхиальная астма, аллергический бронхит

Токсикология:

• токсикоз у беременных
• алкогольные интоксикации (в т.ч. похмельный синдром)
• пищевые и медикаментозные отравления(радионуклиды, соли тяжелых металлов и др. вредные вещества)

Эндокринология:

• сахарный диабет
• лечение и профилактика заболеваний, связанных с развитием атеросклероза (снижает уровень холестерина, липопротеинов низкой плотности и триглицеридов)

Онкология:

• на фоне химио- и лучевой терапии (исчезновение диспептического синдрома, снижение тошноты и анорексии)

Диетология:

• нарушение обмена веществ, ожирение.

Применение у спортсменов:

• повышение и восстановления физической работоспособности.

Детоксикации при радиационных поражениях(лигниновые сорбенты успешно  применялись в зоне чернобыльской  аварии).

5. Липиды

Липи́ды (от греч. λίπος, lípos — жир) — широкая группа органических соединений, включающая жирные кислоты, а также их производные, как по радикалу, так и покарбоксильной группе.

Используемое ранее определение  липидов, как группы органических соединений, хорошо растворимых в неполярных органических растворителях (бензол, ацетон, хлороформ) и практически нерастворимых в воде, является слишком расплывчатым. Во-первых, такое определение вместо четкой характеристики класса химических соединений говорит лишь о физических свойствах. Во-вторых, в настоящее время известно достаточное количество соединений, нерастворимых в неполярных растворителях или же, наоборот, хорошо растворимых в воде, которые, тем не менее, относят к липидам. В современной органической химии определение термина «липиды» основано на биосинтетическом родстве данных соединений — к липидам относят жирные кислоты и их производные^[1]. В то же время в биохимии и других разделах биологии к липидам по-прежнему принято относить и гидрофобные или амфифильные вещества другой химической природы^[2]. Это определение позволяет включать сюда холестерин, который вряд ли можно считать производным жирной кислоты.

 

6. Аминокислоты

Аминокисло́ты (аминокарбо́новые кисло́ты) — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.

Аминокислоты могут рассматриваться  как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомовводорода заменены на аминные группы.

Общие химические свойства:

Все аминокислоты амфотерные соединения, они могут проявлять как кислотные свойства, обусловленные наличием в их молекулах карбоксильной группы  —COOH, так иосновные свойства, обусловленные аминогруппой  —NH₂. Аминокислоты взаимодействуют с кислотами и щелочами:

NH₂ —CH₂ —COOH + HCl → HCl • NH₂ —CH₂ —COOH (хлороводородная соль глицина)

NH₂ —CH₂ —COOH + NaOH → H₂O + NH₂ —CH₂ —COONa (натриевая соль глицина)

Растворы аминокислот в воде благодаря этому обладают свойствами буферных растворов, т.е. находятся в состоянии внутренних солей.

NH₂ —CH₂COOH   N⁺H₃ —CH₂COO^-

Аминокислоты обычно могут  вступать во все реакции, характерные  для карбоновых кислот и аминов.

Этерификация:

NH₂ —CH₂ —COOH + CH₃OH → H₂O + NH₂ —CH₂ —COOCH₃ (метиловый эфир глицина)

Важной особенностью аминокислот  является их способность к поликонденсации, приводящей к образованию полиамидов, в том числе пептидов, белков, нейлона, капрона.

Реакция образования пептидов:

HOOC —CH₂ —NH —H + HOOC —CH₂ —NH₂ → HOOC —CH₂ —NH —CO —CH₂ —NH₂ + H₂O

Изоэлектрической  точкой аминокислоты называют значение pH, при котором максимальная доля молекул аминокислоты обладает нулевым зарядом. При таком pH аминокислота наименее подвижна в электрическом поле, и данное свойство можно использовать для разделения аминокислот, а также белков и пептидов.

Цвиттер-ионом называют молекулу аминокислоты, в которой аминогруппа представлена в виде -NH₃⁺, а карбоксигруппа — в виде -COO⁻. Такая молекула обладает значительным дипольным моментом при нулевом суммарном заряде. Именно из таких молекул построены кристаллы большинства аминокислот.

Некоторые аминокислоты имеют  несколько аминогрупп и карбоксильных  групп. Для этих аминокислот трудно говорить о каком-то конкретном цвиттер-ионе.

7. Витамины

Витами́ны — группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы. Это сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи. Витамины содержатся в пище в очень малых количествах, и поэтому относятся к микронутриентам.

Витамины (от лат. vita -«жизнь») — вещества, которые требуются организму для нормальной жизнедеятельности.

Общие сведения

Витамины участвуют во множестве  биохимических реакций, выполняя каталитическую функцию в составе активных центров  большого количества разнообразных ферментов либо выступая информационными регуляторными посредниками, выполняя сигнальные функции экзогенных прогормонов и гормонов.

Они не являются для организма поставщиком  энергии и не имеют существенного  пластического значения. Однако витаминам  отводится важнейшая роль в обмене веществ.