1. Биополимеры: общая характеристика и классификация
Биополимеры — это высокомолекулярные природные соединения (полимеры), образующие структурную основу всех живых организмов. Их макромолекулы состоят из повторяющихся звеньев — мономеров. Изучение их строения лежит на стыке биологии и химии, что особенно важно для ЕГЭ.
| Класс биополимеров | Мономеры | Тип химической связи между мономерами | Ключевые химические свойства |
|---|---|---|---|
| Белки (протеины) | α-Аминокислоты (20 видов) | Пептидная (амидная) связь (-CO-NH-) | Амфотерность, денатурация, гидролиз, цветные реакции (биуретовая, ксантопротеиновая) |
| Углеводы (полисахариды) | Моносахариды (гексозы, пентозы) | Гликозидная связь (с участием атома кислорода) | Гидролиз, восстановление (для моносахаридов), брожение, реакция «серебряного зеркала» |
| Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) | Нуклеотиды | Фосфодиэфирная связь | Комплементарность, денатурация (плавление), гидролиз |
Иерархия структурной организации белков
Сложность и многообразие функций белков обусловлены четырьмя уровнями их структурной организации:
2. Белки: от аминокислот до макромолекул
Белки — это нерегулярные полимеры, мономерами которых являются α-аминокислоты. Общая формула аминокислоты: NH₂–CH(R)–COOH. «R» — радикал, определяющий свойства конкретной аминокислоты.
Ключевая реакция в биохимии. Протекает между α-аминогруппой одной аминокислоты и α-карбоксильной группой другой, с выделением воды (реакция конденсации).
H₂N–CH₂–CO–NH–CH(CH₃)–COOH + H₂O
(Глицил-аланин)
Необратимое (чаще всего) разрушение вторичной, третической, четвертичной структур белка под действием физических или химических факторов с потерей биологической активности.
Важно: первичная структура (последовательность аминокислот) при денатурации не разрушается.
| Классификация аминокислот | Представители | Химическая особенность | Примечание для ЕГЭ |
|---|---|---|---|
| Незаменимые (8) | Валин, Лейцин, Изолейцин, Лизин, Метионин, Треонин, Триптофан, Фенилаланин | Не синтезируются в организме человека. Должны поступать с пищей. | Частый вопрос на классификацию. Запомните первую фразу: «Валин Лейзол Из Любви Метил Трепет Трип Фенил». |
| Заменимые | Глицин, Аланин, Серин, Цистеин, Аспарагиновая и Глутаминовая кислоты | Синтезируются в организме из других соединений. | Цистеин содержит тиольную группу (-SH), образует прочные дисульфидные мостики (-S-S-) в третичной структуре. |
| По радикалу (R) | Неполярные (Глицин), Полярные незаряженные (Серин), Кислые (Аспарагиновая к-та), Основные (Лизин) | Определяют заряд, растворимость и химическое поведение белка. | Объясняет амфотерность белка: наличие как –COOH (кислые св-ва), так и –NH₂ (основные св-ва) групп. |
1) Гидролиз пептида — это реакция, обратная образованию пептидной связи. Под действием воды (в кислой или щелочной среде) пептидные связи разрываются.
2) Полный гидролиз означает разрыв всех пептидных связей в молекуле до отдельных мономеров.
3) Трипептид Gly–Ala–Ser содержит две пептидные связи: между Gly и Ala, а также между Ala и Ser.
4) При разрыве этих связей с присоединением молекул воды (H⁺ катализирует процесс) образуются три свободные α-аминокислоты:
Правильный ответ: В (Глицин, аланин и серин).
Это фундаментальное свойство всех полимеров: при полном гидролизе образуются исходные мономеры.
3. Углеводы: от моносахаридов до полисахаридов
Углеводы (сахара) — обширный класс органических соединений с общей формулой Cx(H₂O)y. Являются основным источником энергии и выполняют структурные функции.
| Класс углеводов | Основные представители и формулы | Химические свойства (важные для ЕГЭ) | Биологическая роль |
|---|---|---|---|
| Моносахариды (не гидролизуются) |
Глюкоза C₆H₁₂O₆ (альдогексоза) Фруктоза C₆H₁₂O₆ (кетогексоза) Рибоза C₅H₁₀O₅ (компонент РНК) |
1) Реакция «серебряного зеркала» (только восстанавливающие сахара, как глюкоза). 2) Восстановление Cu(OH)₂ до Cu₂O (кирпично-красный осадок). 3) Брожение (спиртовое, молочнокислое). |
Источник энергии (глюкоза — «кровяной сахар»), структурный компонент нуклеиновых кислот (рибоза, дезоксирибоза). |
| Дисахариды (гидролиз на 2 моносахарида) |
Сахароза C₁₂H₂₂O₁₁ (глюкоза + фруктоза) Лактоза C₁₂H₂₂O₁₁ (глюкоза + галактоза) Мальтоза C₁₂H₂₂O₁₁ (глюкоза + глюкоза) |
1) Гидролиз (кислотный или ферментативный). 2) Сахароза не дает реакцию «серебряного зеркала» (нет свободной карбонильной группы). 3) Мальтоза и лактоза — восстанавливающие дисахариды. |
Транспортная форма (сахароза в растениях), источник питания (лактоза в молоке). |
| Полисахариды (гидролиз на множество моносахаридов) |
Крахмал (C₆H₁₀O₅)n Целлюлоза (C₆H₁₀O₅)n Гликоген (C₆H₁₀O₅)n |
1) Гидролиз до глюкозы. 2) Качественная реакция на крахмал с йодом (синее окрашивание). 3) Целлюлоза образует сложные эфиры с азотной кислотой (нитроцеллюлоза). |
Запасное вещество (крахмал — у растений, гликоген — у животных). Структурная (целлюлоза — клеточная стенка растений). |
На глюкозу (и другие восстанавливающие сахара):
(Реакция «серебряного зеркала», осадок Ag на стенках пробирки)
б) C₆H₁₂O₆ + 2Cu(OH)₂ → C₆H₁₂O₇ + Cu₂O↓ + 2H₂O
(Осадок оксида меди(I) кирпично-красного цвета)
Оба — полимеры глюкозы, но с разным типом связи, что кардинально меняет их свойства:
Целлюлоза: мономер — β-глюкоза, связь — β-1,4-гликозидная. Линейная, прочная структура. Структурная функция. Не реагирует с йодом.
4. Взаимодействие биополимеров с неорганическими веществами
Химия биополимеров тесно связана с неорганической химией. Многие их свойства и реакции протекают с участием кислот, оснований, солей и других соединений.
📚 Изучите подробно!
Для глубокого понимания химических свойств реагентов, взаимодействующих с биополимерами (кислот, оснований, солей), обязательно изучите нашу отдельную фундаментальную статью:
🔍 «Классы неорганических соединений: полный разбор»Там вы найдёте полную классификацию, химические свойства, способы получения и взаимопревращения оксидов, кислот, оснований и солей.
| Процесс с участием биополимера | Неорганический реагент / Условие | Суть химического взаимодействия | Пример / Результат |
|---|---|---|---|
| Денатурация белка | Концентрированные кислоты (H₂SO₄, HNO₃), щёлочи (NaOH), соли тяжёлых металлов (CuSO₄, Pb(CH₃COO)₂) | Разрушение водородных, ионных, дисульфидных святей в белке, ведущее к потере его нативной структуры и функций. | Белок куриного яйца + CuSO₄ → необратимое свёртывание (коагуляция) белка, выпадение осадка. |
| Гидролиз пептидов и углеводов | Разбавленные кислоты (HCl, H₂SO₄) как катализатор, вода. | Кислота ускоряет разрыв пептидных или гликозидных связей за счёт протонирования. | Сахароза + H₂O (H⁺) → глюкоза + фруктоза. Белок + H₂O (H⁺) → смесь аминокислот. |
| Качественные реакции | Растворы: Cu(OH)₂ в щёлочи, [Ag(NH₃)₂]OH, I₂ в KI. | Специфические окислительно-восстановительные или комплексообразовательные реакции, видимые по изменению окраски или осадку. | Глюкоза + [Ag(NH₃)₂]OH → осаждение серебра («зеркало»). Крахмал + I₂ → интенсивное синее окрашивание. |
| Буферные системы организма | Фосфаты (HPO₄²⁻/H₂PO₄⁻), бикарбонаты (HCO₃⁻/H₂CO₃). | Соли слабых кислот поддерживают pH внутренней среды, что критически важно для работы ферментов (белков). | Гемоглобин эффективно переносит O₂ и CO₂ только в узком диапазоне pH, который поддерживается буферами крови. |
Понимание этих связей не только поможет решать комплексные задачи в ЕГЭ, но и создаст целостную картину химии как науки.
Тест: 15 вопросов по теме «Биополимеры: белки и углеводы»
Пройдите тест, чтобы проверить свои знания. Вопросы охватывают строение, классификацию, свойства белков и углеводов, а также качественные реакции.
Ваш результат
Систематизируйте знания с проверенными курсами
Чтобы уверенно решать любые задачи ЕГЭ по органической и общей химии, включая тему биополимеров, рекомендуем структурированные курсы от ведущих образовательных платформ.
Углубленные курсы по химии с разбором сложных тем, включая строение и свойства биополимеров. Преподаватели из МГУ и ведущих вузов. Подробный разбор задач ЕГЭ.
Перейти на сайт ФоксфордаСпециализируется на интенсивной подготовке к ЕГЭ. Много практики, в том числе по решению задач на органическую химию и биохимию.
Перейти на сайт СоткиИндивидуальные занятия с репетитором. Идеально, если нужно разобрать сложную тему «с нуля» или ликвидировать конкретные пробелы. Персональный подход к каждому ученику.
Перейти на сайт ТетрикиКрупная платформа с тысячами учеников. Все платежи проходят через официальные системы, предоставляется доступ в личный кабинет с учебными материалами по биополимерам и органической химии.
Перейти на сайт УмскулОнлайн-школа от создателей Учи.ру. Прозрачная система оплаты, официальные чеки, пробный бесплатный урок с настоящим преподавателем. Подробный разбор тем по химии.
Перейти на сайт Учи.Дома