Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

Итак, для решения вопроса необходимо экспериментально определить молекулярную массу, но с какой величины начинаются полимеры? Обычно от десятков тысяч до нескольких миллионов. Однако граница очень размыта – ведь у каждого типа полимеров может быть своя величина. Если молекулярная масса невелика, то вещество называют олигомером (греч. ὀλίγος – "незначительный"). Например, вазелиновое масло содержит до двадцати звеньев -СН₂-, оно имеет тот же состав, что и полиэтилен, но из вазелинового масла не удастся получить пленку или волокно.

Самое интересное, что для того, чтобы определить, относится ли конкретное вещество к полимерам, совсем не обязательно определять молекулярную массу. Полимеры имеют набор свойств, заметно их отличающих от остальных материальных объектов.

В отличие от низкомолекулярных веществ, имеющих четко выраженную температуру плавления, полимеры при нагревании постепенно размягчаются.

Полимеры способны образовывать волокна, нити и пленки. "А металлические нити?" – возразит читатель. Действительно, многие металлы пластичны: например, из 1 г серебра можно вытянуть проволоку длиной более 100 м, но ткань из металлических волокон очень заметно отличается от обычных тканей, так что сходство это просто формальное.

Высокоэластичность – способность некоторых полимеров растягиваться на 500–600 % от первоначальной длины и после снятия нагрузки возвращаться в исходное состояние. Но ведь то же самое делают стальные пружины? Но если сравнить полоску резины и металлическую полоску, то различие будет очевидно.

У растворов полимеров весьма низкой концентрации (0,1–0,2 %) вязкость в несколько раз превосходит вязкость чистого растворителя.

При набухании сшитого полимера (например, вулканизованного каучука) в органическом растворителе объем "впитавшегося" растворителя может в десять раз превышать объем самого полимера.

Не все из перечисленных свойств присущи каждому полимеру: обычно у конкретного образца два-три определяющих свойства. И если таковые обнаружены, есть основания рассматривать вещество как полимерное. Фактически мы упомянули некоторые экспериментальные приемы, используемые при изучении полимеров.

Термин "полимер" иногда употребляется слишком вольно: например, кристаллы кварца SiO₂ при желании можно назвать трехмерным сшитым полимером. Однако химики-полимерщики прекрасно знают об отличительных особенностях полимеров, ориентируясь на перечисленные выше основные свойства.

Воздадим должное Штаудингеру – он первым выделил полимеры в особый, самостоятельный класс веществ и указал методы их изучения.

Глава 2 Биохимия тоже химия

Нобелевские премии по химии все чаще присуждают биохимикам – и это уже почти традиция. Это стало особенно заметным в последнее время: в ХХI в. биохимики получали такие премии 12 раз. Кроме того, часть премий присуждалась в номинации «Физиология и медицина» – что является смежной областью. Следовательно, работы по биохимии получили серьезное признание.

Естественно, химики с интересом и вниманием следят за достижениями своих ближайших коллег – биохимиков, ведь в основе биохимических превращений лежат обычные химические реакции. Но при этом, в отличие от обычной химии, реакции протекают не в колбе, а внутри биологических объектов. Одна из самых важных тем биохимических исследований – синтез белковых молекул, составляющих основу живого организма.

Кинофабрика белка

Фабрики гениев есть, но нет поставок сырья.

Станислав Ежи Лец

В этом разделе мы поговорим об одной из самых важных частей любой клетки – рибосоме. Именно в ней осуществляется биосинтез белка – процесс, в котором с помощью генетической информации ДНК синтезируются строительные блоки живого организма.

За исследования структуры и функции рибосомы в 2009 г. Нобелевскую премию по химии присудили троим ученым: Аде Йонат из Института им. Вейцмана в Израиле, Венкатраману Рамакришнану из лаборатории молекулярной биологии Кембриджского университета в Великобритании и Томасу Стейцу из Йельского университета в США.

Рибосомы как особые образования, содержащиеся в клетке живого организма, были обнаружены и описаны в середине 1950-х гг. За исследование рибосом, особенностей их строения и роли в организме в 1974 г. Джордж Паладе, Альберт Клод и Кристиан Де Дюв получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Итак, рибосома оказалась весьма благодатным объектом для дальнейшего детального изучения.

Рибосома представляет собой крупное формирование размером 10–20 нанометров и состоит из двух бугристых фрагментов – большого и малого (биохимики называют их большой и малой субъединицами). Эти фрагменты состоят из белков и специальных РНК, которые так и называются рибосомными. Некоторое время ученые довольствовались изображением рибосомы, полученным с помощью электронной микроскопии, а в научных журналах появлялись изображения, подобные показанным на рис. 2.1. Это модели рибосом, изготовленные по результатам электронной спектроскопии.