Макромолекула

Макромоле́кула — велика молекула з великою молекулярною масою, але, зазвичай, використання терміну обмежується полімерними молекулами, або молекулами, які структурно включають полімери.

Ілюстрація поліпептидної макромолекули

Загальний опис

Термін «макромолекула» часто використовується у молекулярній біології і біохімії. У цьому випадку, зазвичай, мова йде про «біомакромолекули» або біополімери — білки, полісахариди і нуклеїнові кислоти (ДНК, РНК). Ліпіди (жири) — не є макромолекулами, оскільки вони не створюють великих ковалентно зв'язаних молекул. Синтетичні приклади макромолекул включають пластмаси. Великі молекулярні структури, такі як кристали і метали, хоча і складені із великого числа атомів, з'єднаних молекулярними силами, зазвичай, не вважаються «макромолекулами».

Термін «макромолекула» також іноді використовується, для посилання на сукупності з двох або більше макромолекул, що утримуються разом міжмолекулярними силами, а не ковалентними зв'язками. Таке використання звичайне зокрема, коли індивідуальні макромолекули агрегату рідко існують в ізоляції. Така сукупність все ж частіше називається макромолекулярним комплексом. У такому контексті, індивідуальні макромолекули часто називають субодиницями (наприклад, «білкові субодиниці»).

Розрізняють: макромолекула атактична, макромолекула багатониткова, макромолекула гребінчаста, макромолекула драбинчаста, макромолекула зірчаста, макромолекула ізотактична, макромолекула лінійна, макромолекула нерегулярна, макромолекула однониткова, макромолекула регулярна, макромолекула синдіотактична, спіромакромолекула, макромолекула стереоблочна, макромолекула стереорегулярна, макромолекула тактична.

• Лінійна макромолекула — макромолекула, для структури якої в основному характерне багатократне повторення лінійних послідовностей ланок, що є похідними (уявними чи справжніми) молекул з низькою молекулярною масою.

• Макромономерна молекула (англ. macromonomer molecule) — макромолекула, що має одну кінцеву групу такої будови, що дозволяє їй діяти як мономерній молекулі, вносячи лише одну мономерну ланку до ланцюга утвореної макромолекули.

• Блокмакромолекула — макромолекула, яка складається з блоків, сполучених у лінійній послідовності.

• Стереорегулярна макромолекула — регулярна макромолекула, що складається з переважно одного виду стереоповторювальних ланок.

• Регулярна макромолекула — макромолекула, структуру якої в основному становить повторення однієї структурної ланки, що з'єднана з усіма ланками ідентично, якщо брати до уваги певний напрямок.

• Графтмакромолекула — макромолекула з одним чи більше типом блоків, приєднаних до основного ланцюга як бокові ланцюги, які мають структурні чи конфігураційні особливості інші, ніж в основному ланцюзі.

• Гребіньчата макромолекула — макромолекула, що складається з основного ланцюга з багатьма трифункційними точками розгалуження, від кожної з яких відходять лінійні бічні ланцюги.

Властивості

• Гнучкість макромолекул — (англ. flexibility of macromolecules) — характерна для макромолекул здатність до зміни конформації внаслідок внутрішньомолекулярних теплових рухів окремих сегментів макромолекули чи під дією зовнішніх сил.
• Виключений об'єм макромолекули (англ. excluded volume of macromolecule) — об'єм, з якого макромолекула в розбавленому розчині ефективно витісняє всі інші макромолекули. Виключений об'єм макромолекули залежить від вільних енергій Гіббса та Гельмгольца змішування розчинника з полімером, тобто від термодинамічних властивостей розчинника і не є мірою геометричних розмірів макромолекули.
• Виключений об'єм сегмента (англ. excluded volume of segment) — об'єм, з якого сегмент макромолекули в розбавленому розчині ефективно витісняє всі інші сегменти макромолекул, як цієї ж, так і інших макромолекул. Виключений об'єм сегмента залежить від вільних енергій Гіббса та Гельмгольца змішування розчинника з полімером, тобто від термодинамічних властивостей розчинника і не є мірою геометричних розмірів сегмента.
• Високоеластичний стан (англ. high-elastic state) — стан, в якому пружні деформації пов'язані зі зсувом тільки окремих сегментів ланцюга макромолекули. Досягається при нагріванні полімера, що знаходиться у склоподібному стані, вище температури склування. Релаксація напруг у цьому стані швидша, ніж у склоподібному.

Моделі

• Намистово-пружинкова модель — модель, що відтворює гідродинамічні властивості ланцюгів макромолекул. Останні представляються як послідовність намистинок, кожна з яких чинить гідродинамічний опір середовищу, але намистинки зв'язані між собою пружинкою, що не чинить такого опору. Орієнтація пружинок вважається випадковою. Модель описує еластичні та деформаційні властивості ланцюга.
• Намистово-стрижнева модель — модель, що відтворює гідродинамічні властивості ланцюгів макромолекул. Останні представляються як послідовність намистинок, кожна з яких чинить гідродинамічний опір середовищу, але які зв'язані між собою жорстким стрижнем, що не чинить такого опору.
• Однониткова макромолекула — макромолекула, що складається зі структурних ланок, з'єднаних таким чином, що сусідні структурні ланки приєднуються одна до одної через два атоми, по одному на кожній ланці.

Див. також

• Макромолекула вугілля
• Ізотактична макромолекула
• Макрорадикал
• Спіромакромолекула
• Атактична макромолекула
• Надмолекулярна організація вугілля
• Кінцева група

Література

• Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0

Інтернет-ресурси

• Synopsis of Chapter 5, Campbell & Reece, 2002
• Lecture notes on the structure and function of macromolecules
• Several (free) introductory macromolecule related internet-based courses [Архівовано 2011-07-18 у Wayback Machine.]
• Giant Molecules! by Ulysses Magee, ISSA Review Winter 2002–2003, ISSN 1540-9864. Cached HTML version of a missing PDF file. Retrieved March 10, 2010. The article is based on the book, Inventing Polymer Science: Staudinger, Carothers, and the Emergence of Macromolecular Chemistry by Yasu Furukawa.