Opis
W organizmach zarówno roślin, zwierząt, jak i ludzi występują miliardy białek, które są biopolimerami. Pełnią one funkcje związane z podtrzymywaniem i regulacją procesów życiowych oraz stanowią materiał budulcowy struktur komórkowych i tkanek.
Biopolimery są materiałami odnawialnymi, biodegradowalnymi, co ma duże znaczenie w ekosystemie. Mają szeroki wachlarz zastosowań od przemysłu spożywczego, tekstylnego aż do medycyny i kosmetyki włącznie. O znaczeniu biopolimerów i konieczności poznania ich roli w życiu człowieka i ich przemianach w przyrodzie świadczy ogromna liczba badań, których wyniki są opublikowane w licznych publikacjach. O ważności tych badań dla ludzkości świadczy m.in. uhonorowanie licznych naukowców zajmujących się biopolimerami Nagrodą Nobla.
Książka prezentuje wybrane zagadnienia, szczególnie ważne dla tematyki biopolimerów. Są one opracowane systematycznie w możliwie najprzystępniejszy sposób. Rysunki i tabele uzupełniają treść i warto je dokładnie przeanalizować. Dużo znamiennych terminów, z różnych dziedzin, m. in. z chemii, biologii i medycyny ma objaśnienie znaczenia umieszczone na aplach. Szczególną uwagę Autor poświecił badaniom eksperymentalnym biopolimerów i wskazówkom do przeprowadzania ćwiczeń laboratoryjnych z tego zakresu. Każdy rozdział kończy się spisem literatury, który umożliwi zainteresowanemu czytelnikowi rozszerzenie wiedzy w oparciu o oryginalne źródło.
Tematyka zawarta w obu tomach publikacji Biopolimery dotyczy materiałów syntezowanych przez organizmy żywe a zatem odnawialnych, co ma niebagatelne znaczenie dla ekosystemu. Materiały te są znane i stosowane przez ludzkość od setek lat. Jednakże poznanie struktury i niektórych wysublimowanych zastosowań biopolimerów jest dziełem naukowców głównie XX i XXI wieku. Autorowi udało się przedstawić olbrzymi zasób wiedzy w sposób czytelny, unikając wielu zawiłości i wzorów matematycznych. Liczne wzory chemiczne są wizualnie przejrzyste, a mikrofotografie obiektów badań uzyskane za pomocą technik pozwalają wniknąć w głąb materii.
Prof. dr hab. Danuta Żuchowska
Spis treści
1. Kwasy nukleinowe dna i rna - klucze do syntezy białek / 1
1.1. Krótka historia DNA i RNA i ich roli w dziedziczeniu / 1
1.2. Podstawowe pojęcia terminologiczne dotyczące budowy kwasów nukleinowych / 3
1.2.1. Komplementarność par zasad / 6
1.2.2. Budowa helisy DNA / 8
1.2.3. Kwas rybonukleinowy (RNA) / 11
1.3. Metody oczyszczania kwasów nukleinowych / 15
1.3.1. Denaturacja termiczna DNA / 16
1.3.2. Hydroliza chemiczna kwasów nukleinowych / 17
1.3.3. Degradacja enzymatyczna / 18
1.4. Sekwencjonowanie DNA / 19
1.4.1. Metoda Sangera terminacji wydłużania łańcucha / 20
1.4.2. Metoda Gilberta—Maxama / 21
1.4.3. Oznaczanie ilości DNA metodą spektrofotometryczną / 23
1.5. Replikacja DNA / 24
1.6. Przekazywanie informacji genetycznej / 29
1.7. Transkrypcja i translacja tRNA / 36
1.8. Projekt poznania genomu ludzkiego / 39
1.9. Inżynieria genetyczna / 40
1.10. Klonowanie DNA / 42
Literatura/ 46
2. Białka - biopolimery życia / 51
2.1. Historia badań nad białkami w skrócie / 51
2.2. Aminokwasy - elementarny budulec białek / 53
2.2.1. Synteza organiczna aminokwasów / 60
2.3. Budowa białek / 64
2.3.1. Peptydy / 64
2.3.2. Podział grupowy białek / 65
2.3.3. Polipeptydy i białka / 70
2.3.4. Budowa konformacyjna białek / 76
2.3.5. Zwijanie i rozwijanie białek / 88
2.3.6. Dysocjacja aminokwasów i białek / 91
2.4. Cięcie białek / 95
2.4.1. Oznaczanie aminokwasów N- i C-końcowych / 97
2.4.2. Enzymatyczna fragmentacja białek / 99
2.4.3. Sekwencjonowanie białek / 101
2.5. Barwienie aminokwasów i biopolimerów w reakcjach chemicznych / 105
2.5.1. Barwienie identyfikacyjne białek / 105
2.6. Białka z grupami siarkowymi (—SM; —S—S—) / 114
2.6.1. Wykrywanie siarki cysteiny i cystyny / 115
2.6.2. Redukcja mostków disiarczkowych / 116
2.7. Chemiczna synteza białek / 120
2.8. Modyfikacja białek / 124
2.9. Analiza instrumentalna w badaniach białek / 128
2.9.1. Zagadnienia proteomiki / 129
2.9.2. Bazy danych / 131
2.10. Przykłady specyficznych peptydów i białek / 134
2.10.1. Insulina do walki z cukrzycą / 134
2.10.2. Białka motoryczne mięśni - miozyna / 136
2.10.4. Białka motoryczne - kinezyna i dyneina / 139
2.10.3. Białka krwi / 142
2.10.5. Białka supertoksyczne grzybów / 144
2.10.6. Białka supertoksyczne jadu węży / 146
2.10.7. Priony / 147
2.11. Co było pierwsze — białko czy DNA? / 148
2.12. Enzymy — biokatalizatory / 149
2.12.1. Historia enzymów w skrócie / 149
2.12.2. Podział grupowy enzymów / 150
2.12.3. Kinetyka reakcji enzymatycznych / 154
2.12.4. Enzymatyczna aktywność enzymu / 162
2.12.5. Kofaktory i koenzymy / 165
2.12.6. Metaloenzymy / 170
2.12.7. Inhibitory aktywacji enzymów / 172
2.12.8. Reakcje metaboliczne enzymów / 178
2.12.9. Immobilizacja enzymów / 179
2.13. Rola nukleotydów AMP, ADP i ATP w magazynowaniu energii / 183
2.13.1. ATP - adenozyno-5'-trifosforan / 183
2.13.2. AMP - adenozyno-5'-monofosforan / 185
2.13.3. Dinukleotydy nikotynoamidoadeniny (NADPH i NAD+) / 185
Literatura / 188
3. Białka strukturalne / 199
3.1. Białka strukturalne / 199
3.1.1. Kolagen / 199
3.1.2. Właściwości kolagenu / 211
3.1.3. Woda w kolagenie / 213
3.2. Żelatyna / 213
3.3. Elastyna / 216
3.4. a-Keratyna / 219
Literatura / 223
4. Biopolimery wielocukrowe – poliglukany (polisacharydy) / 225
4.1. Poliglukany pochodzenia roślinnego / 225
4.1.1. Skrobia - budowa strukturalna / 226
4.1.1.1. Kwas amylofosforowy / 232
4.1.1.2. Kompleks skrobi z jodem / 233
4.1.2. Dekstryny / 234
4.1.3. Glikogen / 235
4.1.4. Pektyny / 235
4.1.5. Gumy roślinne / 236
4.1.6. Agar / 238
4.1.7. Inulina / 239
4.2. Poliglukany pochodzenia drobnoustrojowego / 241
4.2.1. Kwas alginowy / 241
4.2.2. Dekstran / 242
4.2.3. Gelan / 244
4.2.4. Ksantan / 245
4.2.5. Pozostałe egzopolisacharydy / 246
4.3. Cyklodekstryny / 248
4.4. Poliheteroglukany / 252
4.4.1. Proteoglikany / 252
4.4.2. Heparyna / 254
4.4.3. Kwas hialuronowy / 255
4.5. Celuloza - budowa strukturalna / 256
4.5.1. Celuloza bakteryjna / 264
4.5.2. Hemiceluloza / 266
4.6. Fotosynteza celulozy / 269
4.6.1. Cykl Calyina w procesie fotosyntezy / 279
4.6.2. Właściwości chemiczne chlorofili / 281
4.6.3. Właściwości emisyjne chlorofili / 282
4.6.4. Efekt Kautsky'ego / 283
Literatura / 285
5. Biopolimery roślinne - praktyczne zastosowania / 291
5.1. Biopolimery spożywcze / 291
5.1.1. Historia upraw rolnych w skrócie / 291
5.1.2. Biopolimery roślinne / 291
5.1.3. Białka zbóż / 293
5.1.4. Gluten / 294
5.1.5. Proces wypiekania z mąki / 296
5.1.6. Błonnik pokarmowy / 298
5.2. Włókna roślinne / 300
5.2.1. Włókna naturalne w przemyśle włókienniczym / 303
5.2.2. Włókna roślinne jako wypełniacze kompozytów / 305
5.3. Biopolimery drzewiaste / 308
5.3.1. Rozkład drewna powodowany przez grzyby / 316
5.3.2. Wpływ światła na rozwój biopolimerów roślinnych / 318
5.3.3. Odpady rolnicze i z przemysłu rolno-spożywczego / 319
5.4. Lignina / 321
5.5. Kauczuk naturalny / 329
5.5.1. Historia odkrycia kauczuku naturalnego w skrócie / 329
5.5.2. Kauczuk naturalny (Heyea brasiliensis) / 330
5.5.3. Skład i właściwości fizykochemiczne lateksu / 332
5.5.4. Otrzymywanie kauczuku z lateksu / 333
5.5.5. Budowa chemiczna i fizyczna kauczuku naturalnego / 333
5.5.6. Biosynteza kauczuku naturalnego / 335
5.5.7. Kauczuk naturalny gutaperka / 336
5.5.8. Rośliny kauczukodajne / 336
5.6. Węgiel kamienny / 337
5.7. Węgiel brunatny / 340
Literatura / 341
6. Biopolimery zwierzęce / 345
6.1. Białka złożone żywności (proteidy) / 345
6.1.1. Białka mleka krowiego / 345
6.1.1.1. Kazeina / 350
6.1.1.2. Galalit / 352
6.1.1.3. Podpuszczka / 354
6.1.1.4. Białko serwatkowe / 354
6.1.2. Białka jaj kurzych / 354
6.1.3. Białka mięsa / 357
6.1.4. Białka ryb / 361
6.2. Bilans energetyczny organizmu / 362
6.2.1. Czy wiesz, ile człowiek potrzebuje białka? / 363
6.3. Jedwab / 367
6.3.1. Historia jedwabiu naturalnego w skrócie / 367
6.3.2. Budowa białka jedwabiu naturalnego / 368
6.4. Wełna / 375
6.4.1. Historia wyrobów wełnianych w skrócie / 375
6.4.2. Budowa i zastosowanie włókna wełny / 375
6.5. Garbowanie skóry zwierzęcej / 380
6.5.1. Historia garbarstwa w skrócie / 380
6.5.2. Proces garbowania / 381
6.6. Chityna i chitozan / 387
6.6.1. Modyfikacja fizyczna i chemiczna chityny i chitozanu / 394
Literatura / 396
7. Zastosowania biopolimerów w skali wielkoprzemysłowej / 399
7.1. Rozwój przemysłowy biotechnologii / 399
7.2. Produkcja skrobi / 400
7.2.1. Fizyczna i chemiczna modyfikacja skrobi / 401
7.2.2. Biokompozyty skrobi z polimerami / 406
7.2.3. Biodegradacja enzymatyczna skrobi / 409
7.3. Celuloza na użytek przemysłowy / 411
7.3.1. Modyfikacja fizyczna i chemiczna celulozy / 413
7.3.2. Włókna celulozowe / 418
7.3.3. Wytwarzanie włókien / 420
7.3.4. Formowanie włókien metodą elektroprzędzenia / 421
7.4. Papier / 422
7.4.1. Historia papieru w skrócie / 422
7.4.2. Produkcja papieru i tektury / 423
7.4.3. Degradacja biologiczna celulozy (papieru i książek) / 429
7.5. Przemysłowe aspekty biosyntezy biopolimerów / 430
7.5.1. Budowa bakterii produkujących enzymy / 432
7.5.2. Zastosowanie enzymów w różnych dziedzinach / 436
7.6. Biopolimery w kontakcie z naturą / 440
Literatura / 447
8. Biopolimery w praktyce i medycynie / 453
8.1. Rola aminokwasów w organizmie człowieka / 453
8.2. Rola polipeptydów i białek / 457
8.3. Trawienie białek w układzie pokarmowym / 458
8.4. Proteiny w medycynie / 460
8.4.1. Glikoproteiny strukturalne / 460
8.4.2. Heparyna i kwas hialuronowy / 461
8.4.3. Kolageny w organizmie człowieka / 462
8.4.3.1. Kolagen jako biomateriał tkanek, chrząstek i kości / 463
8.4.3.2. Kolagen w inżynierii tkankowej / 467
8.4.3.3. Choroby spowodowane uszkodzeniem kolagenu / 468
8.4.4. Elastyna w medycynie / 470
8.4.5. Keratyna w medycynie / 470
8.4.6. Jedwab naturalny w medycynie / 472
8.4.7. Wpływ kolagenu na starzenie się człowieka / 472
8.4.8. Alergie / 474
8.4.9. Celiakia choroba wywoływana biopolimerem glutenem / 477
8.4.10. Albumina i jej wykorzystanie w medycynie / 478
8.5. Polisacharydy w medycynie / 479
8.5.1. Wybrane polisacharydy / 479
8.5.2. Chityna i chitozan w medycynie / 483
8.6. Biopolimery bakteriostatyczne w medycynie / 484
8.6.1. Mikroby w biofilmie / 484
8.6.2. Peptydy przeciwdrobnoustrojowe / 486
8.7. Leki oparte na biopolimerach / 487
8.8. Biopolimery jako implanty / 489
8.9. Cytotoksyczność biomateriałów / 496
Literatura / 499
9. Biopolimery powiązane z kosmetyką i medycyną skóry / 505
9.1. Skóra i jej funkcje fizjologiczne / 505
9.1.1. Biologiczny proces starzenia skóry / 514
9.1.2. Uszkodzenia skóry - rany / 515
9.1.3. Celuloza bakteryjna jako materiał opatrunkowy / 518
9.1.4. Biopolimerowe hydrożele / 520
9.1.5. Opatrunki hydrożelowe / 524
9.1.6. Wpływ enzymów na skórę / 526
9.1.7. Proteoglikany - łącznik między naskórkiem a skórą właściwą / 528
9.1.8. Kwas hialuronowy w organizmie człowieka / 529
9.1.9. Zastosowanie kolagenu w kosmetyce / 530
9.1.10. Wpływ światła słonecznego na skórę / 531
9.1.11. Skóra sztuczna / 535
9.2. Melanina - barwnik skóry / 536
9.3. Budowa włosów i paznokci - keratyna / 539
9.3.1. Modyfikacja struktury włosów / 543
9.4. Elastyna w kosmetyce / 544
9.5. Jedwab naturalny w kosmetyce / 545
9.6. Chityna (chitozan) w kosmetyce / 547
9.7. Preparaty kosmetyczne do pielęgnacji skóry / 547
9.7.1. Peptydy stosowane w kosmetyce / 552
9.8. Uszkodzenia skóry, włosów i paznokci wywołane stosowaniem kosmetyków / 555
Literatura / 557
10. Starzenie się, umieranie i śmierć biopolimerów / 561
10.1. Mechanizm starzenie się / 561
10.2. Czas życia i umierania komórek / 563
10.3. Manipulacje genetyczne w proces starzenia / 569
10.4. Komórka - podstawy budowy strukturalnej / 570
10.5. Oczekiwana długość trwania życia / 572
10.6. Biologia śmierci / 573
10.7. Procesy rozkładu biopolimerów / 575
Literatura / 577
Skorowidz/ 579
Informacje o bezpieczeństwie produktu Informacje o producencie