В какой молекуле больше всего содержится атомов

Мы привыкли к тому, что молекула – это нечто крохотное, незримое, существующее скорее в воображении бородатых химиков, нежели в реальности. Однако самая большая молекула в природе – ДНК – вытянется на длину спички, а это более 4 см! Читайте о гигантских молекулах и их исключительном влиянии на наследственность человека. Узнайте об их участии в расследовании преступлений, об искусственно созданных молекулах, и о том, от какого яда чуть не умер путешественник Кук.

1. ДНК – хранилище сведений об устройстве организма

Абсолютным рекордсменом рейтинга является ДНК – самая длинная, массивная, сложная и красивая молекула в органической вселенной. Ее полный титул – дезоксирибонуклеиновая кислота, царица и повелительница клетки.

Молекула ДНК

ДНК принимает вид бесконечной винтовой лестницы с миллионами ступенек, в химической структуре которых хранится информация о каждом нашем свойства, будь то количество пальцев, дислокация печени или оттенок кожи. Когда рабочий белок-фермент движется по ступенькам, клетка штампует копию этой информации – своеобразный чертеж, согласно которому происходит любое действие в организме.

Спирали молекулы ДНК

Каждая спираль может менять свою длину. Растянем хорошенько ДНК и поразимся ее габаритам:

• 10 млрд атомов содержит ДНК первой хромосомы человека;
• 46 шт. – так мало ДНК нужно, чтобы записать полное досье на его тело;
• 2 м – на такую длину растягиваются эти 46 молекул, сцепленные вместе;
• 30 раз по маршруту “Земля – Солнце” и обратно – такова длина ДНК из всех клеток одного человека;
• 700 терабайт сведений хранится в 1 г ДНК.

Зачем криминалисты берут ДНК на анализы

Злоумышленники аккуратно стирают отпечатки пальцев и пользуются перчатками, но никому еще не удавалось стереть свои генетические следы. Эксперту достаточно реснички, обрезка ногтя, капли слюны, оставленной на сигарете или жевательной резинке, чтобы установить виновника. Из взятого на месте преступления биоматериала выделяют ДНК, многократно копируют ее и в специальном геле под воздействием электрического поля “ранжируют” по длине и массе.

Затем молекулы красят и сравнивают образцы с хромосомами предполагаемых “хозяев”. У каждого индивидуума на ДНК проявляется неповторимый полосатый узор, и если обнаруживаются совпадения, значит, владелец образца найден.

Читайте также: Самая большая бактерия

Впервые методом ДНК-дактилоскопии воспользовался английский генетик Алек Джеффрис. В 1985 году у него попросили помощи в идентификации серийного убийцы, с чем ученый блестяще справился. Метод также применяют для опознания останков жертв катастроф и террористических актов, для установления спорного отцовства.

2. Соединительный белок титин

Смысл существования ДНК заключается в том, что по ней клетки создают главные стройматериалы – белки. Белковые молекулы поскромнее своей матрицы, но и коротышками их не назовешь. Самый длинный белок обнаружен в камбаловидной мышце голени. Это титин, который состоит из 38 тысяч аминокислот и достигает 3 млн атомных единиц массы.

Более короткие разновидности титина обнаружены в остальных мускулах и даже в сердце. Задача этого белка – соединить воедино двигательные белки мышечной клетки, чтобы обеспечить их мощные сокращения.

Можно ли создать человеческими руками белковую молекулу

Да, можно. Первым искусственно получили крохотный по меркам органической химии белок инсулин, отвечающий за стабильность уровня сахара в крови. Однако ресурсы для этого затратили немалые:

• 10 лет ушло на расшифровку состава инсулина;
• 227 химических реакций потребовалось для сборки белка;
• 0,001 % – такое количество инсулина от запланированного количества получили в итоге.

А живая клетка поджелудочной железы тратит на синтез необходимого объема инсулина 10 секунд. Поэтому гораздо выгоднее оказалось генетически модифицировать кишечную палочку, чтобы бактерия взяла на себя труд по созданию медицинского белка.

3. Молекула-змея из картошки

Прозаический продукт, источающий дразнящие запахи на сковородке, прячет в клубнях одну из длиннейших молекул в мире. Картофельный крахмал по структуре похож на бусы без конца и края. Десятки тысяч бусин, роль которых выполняет глюкоза, выстраиваются в бесконечные цепи, обеспечивая растение запасом питания до весны.

Молекула крахмала

Живые организмы склонны создавать длинные полимерные углеводы. Посчитаем их молекулярную массу:

• компонент крахмала амилопектин – до 6 млн атомных единиц;
• целлюлоза, за счет которой достигается твердость дерева – до 2 млн;
• хитин, образующий феноменально легкий панцирь краба и жука – 260 тыс.

Но даже им далеко до гликогена, 100 г которого способна накопить печень. Ветвистая, словно клубок водорослей, шарообразная молекула гликогена весит до 100 млн атомных единиц!

Крахмал на службе у человека

Раньше всего научились использовать крахмал в пищу. Для этого природа предоставила человеку сотни съедобных растений: пшеницу, кукурузу, рис, каштаны, фасоль, бананы. Правда, для лучшего усвоения крахмал подвергают тепловой обработке, при которой часть химических связей между бусинами-глюкозами разрывается, и молекулы укорачиваются.

Приятная глазу белизна и плотность постельного белья, кружев, сорочек и скатертей достигается за счет подкрахмаливания. Для такой процедуры крахмал разводят в холодной воде, ткань прополаскивают в ней, сушат, а потом отглаживают. На целлюлозно-бумажных комбинатах это вещество добавляют к бумажной массе для жесткости.

В советское время на основе крахмала варили обойный клей. В детских садиках с помощью крахмального клейстера учили малышей искусству аппликации и папье-маше.

4. Синтетические полимеры

Искусственный белок создать сложно, но если вещество обладает менее сложной структурой, то химическое предприятие справится с этой задачей. Производство полимеров, от довоенных целлулоида и плексигласа до современных термостойких пластмасс, обеспечивает человека тысячами предметов. 

Молекулы полимеров

Молекулы полимеров достигают значительной величины:

• полиакриламид – до 850 тыс. атомных единиц;
• полипропилен – до 700 тыс.;
• нейлон – до 80 тыс.

Как полимеры людям жить помогают

Небольшая перестройка структуры полимера влечет за собой кардинальное изменение его свойств. Из полимерных веществ получают пластмассы, резину, клеи, лаки, ткани. В конце прошлого века химические технологии добрались до зубных кабинетов. Теперь новые материалы превращаются в пломбы, штифты, вкладки, протезы и специальную массу для оттиска челюсти.

Последний десяток лет ознаменовался практическим применением трехмерной печати, с помощью которой изготавливают не только элементы конструктора лего, но и детали космических аппаратов. Фотополимеры, предназначенные для этой цели, дают точность до 16 микрон.

5. Ботулотоксин, притаившийся во вздутой банке

Масса молекулы этого ядовитого белка – 150 тыс. атомных единиц. Вырабатывают его бактерии клостридии, характерная особенность которых – непереносимость кислорода. Они охотно размножаются в консервах, особенно грибных, толстых залежавшихся колбасах. Угостившись пищей, которую облюбовали клостридии, человек погибает от паралича дыхательных мышц.

Структура молекулы ботулотоксина

Ботулотоксин быстро попадает в организм не только через слизистую кишечника, но и через поверхность глаз и кожи. Во время Второй мировой американские военные всерьез рассматривали его как биологическое оружие.

6. Небелковый нейротоксин

В 1774 году капитан британских королевских военно-морских сил Джеймс Кук отравился печенью морской рыбы, которую в тот день готовили на ужин. Судовой хирург спас его рвотными средствами, но только спустя 100 лет обнаружили причину внезапного паралича капитана. Выяснилось, что рыба питалась моллюском сигуатерой, а тот – водорослями-динофлагеллятами, которые вырабатывают майтотоксин.

Структура молекулы майтотоксина

Молекулярная масса майтотоксина составляет 3700 атомных единиц, и это крупнейшая молекула небелковой природы, которую вырабатывает живой организм. В 1993 году химики Токийского университета исследовали ее структуру с помощью технологии ядерного магнитного резонанса. Оказалось, что молекула выглядит, как цепочка из 32 шестиугольных колечек, изогнутая наподобие поднявшей голову гусеницы.

Загадочный мир гигантских молекул не раскрыт до конца. Ученые найдут их новые свойства, видоизменят структуру и непременно поставят на службу человеку.

Источник

Источник