МАКРОМОЛЕКУЛА

МАКРОМОЛЕКУЛА (от греч. makros - большой и молекула), молекула полимера. Макромолекулы имеют цепное строение; состоят из одинаковых или разл. структурных единиц - составных звеньев, представляющих собой атомы или группы атомов, соединенные друг с другом ковалентными связями в линейные последовательности. Последовательность соединенных друг с другом атомов, образующих собственно цепь, наз. хребтом цепи, или цепью главных валентностей, а заместители у этих атомов - боковыми группами. Макромолекулы могут иметь линейное или разветвленное строение; в разветвленных макромолекулах различают основную и боковые цепи. См. также Высокомолекулярные соединения. Осн. мол. характеристики макромолекул - хим. строение, длина цепи (степень полимеризации, относит. молекулярная масса) и гибкость. Хим. строение звеньев и их взаимное расположение в цепи характеризуют первичную структуру макромолекулы. Первичная структура исчерпывающе определяется конфигурацией макромолекулы - пространств. расположением атомов в макромолекуле, к-рое не м. б. изменено без разрыва связей и обусловлено длинами связей и величинами валентных углов. Число разл. способов взаимного расположения (чередования) звеньев в макромолекуле характеризуется конфигурационной энтропией и отражает меру информации, к-рую может содержать макромолекула. Способность к хранению информации - одна из самых важных характеристик макромолекул, значение к-рой стало понятно после открытия генетич. кода и расшифровки структуры основных биол. макромолекул - нуклеиновых кислот и белков. Первичная структура синтетич. макромолекул предопределяет (вместе с молекулярно-массовым распределением, т.к. реальные синтетич. полимеры состоят из макромолекул разной длины) способность полимеров кристаллизоваться, быть каучуками, волокнами, стеклами и т. п., проявлять ионо- или электронообменные св-ва, быть хемомех. системами (т.е. обладать способностью перерабатывать хим. энергию в механическую и наоборот). С первичной структурой связана также способность макромолекулы к образованию вторичных структур (см. ниже). В биополимерах, состоящих из строго идентичных макромолекул, эти структуры достигают высокой степени совершенства и специфичности, предопределяя способность, напр., белков быть ферментами, переносчиками кислорода и т.п. Макромолекулы способны к изменению формы и линейных размеров в результате теплового движения, а именно - ограниченного вращения звеньев вокруг валентных связей (внутр. вращение) и связанного с ним изменения конформации макромолекулы, т. е. взаимного расположения в пространстве атомов и групп атомов, соединенных в цепь, при неизменной конфигурации макромолекулы. Обычно в результате такого движения макромолекула приобретает наиб. вероятную форму статистич. клубка. Наряду с беспорядочной конформацией статистич. клубка могут существовать упорядоченные (спиральные, складчатые) конформации, к-рые обычно стабилизированы силами внутри-и межмол. взаимодействия (напр., водородными связями). В результате внутримол. взаимодействия м.б. получены макромолекулы в предельно свернутой конформации, наз. глобулой. Ограничения внутр. вращения количественно описываются в терминах поворотной изомерии (см. Внутреннее вращение молекул). Для фрагмента макромолекулы, построенной из атомов углерода, соединенных простыми связями, схема энергетич. барьеров внутр. вращения изображена на рисунке. Степень свободы этого вращения определяет гибкость макромолекулы, с к-рой связаны каучукоподобная эластичность, способность полимеров к образованию надмолекулярных структур, почти все их физ. и мех. св-ва. Разница энергии Де между минимумами на кривой зависимости внутр. энергии Е от угла вращения j определяет термодинамич. (статич.) гибкость макромолекулы, т.е. вероятность реализации тех или иных конформации (напр., вытянутых, свернутых), размер и форму макромолекулы; величины энергетич. барьеров DE определяют кинетич. (динамич.) гибкость макромолекулы, т.е. скорость перехода из одной конформации в другую.