Металлы, которые используются для изготовления корпусов и моторов автомобилей, химически сильно отличаются от нефтепродуктов, используемых в качестве смазки и горючего для них. Природа более экономна – одни и те же немногие элементы она использует и для построения тканей живого организма, и для накопления и передачи энергии, причем вся эта энергия фактически создается Солнцем.

Белки—полимеры аминокислот

Полимеры – гигантские молекулы, построенные из последовательно связанных друг с другом достаточно простых фрагментов, – являются основой растительных и животных тканей. Так, белки – это полимеры аминокислот, небольших молекул, содержащих аминогруппу и карбоксильную группу. Эти две группы из разных молекул, взаимодействуя друг с другом, образуют химическую связь между молекулами, при этом отдельные молекулы связываются в очень длинные цепи. Простейшие из белков, например инсулин, состоят примерно только из 50 остатков аминокислот, тогда как во многих белках вместе связаны сотни остатков аминокислот.
В организме животных белки как служат для построения тканей, так и участвуют в различных биохимических процессах. Например, белок коллаген принадлежит к обычным «строительным материалам» организма, в частности входит в состав сухожилий. Тонкий «канатик» сухожилий из перекрученных между собой молекул коллагена обладает прочностью легкой стальной проволоки. Другой «строительный» белок – кератин – содержится в тканях копыт, волос, рогов и перьев. Актин и миозин входят в состав мышечной ткани. Белки также являются основным, а в некоторых случаях и единственным компонентом ферментов – клеточных катализаторов, которые ускоряют протекание биохимических реакций, и антител, защищающих организм от микроорганизмов, несущих инфекцию.
Осуществление столь разных функций оказывается возможным благодаря различию физической структуры белков. В зависимости от пространственного строения и химических свойств боковых цепей, имеющихся в отдельных аминокислотах, в целом молекула белка может оказаться как вытянутой в тонкую длинную нить, так и свернутой в клубок. Белок может содержать группы, несущие электрический заряд, а также атомы серы, способные связывать отдельные аминокислоты одной цепи или разных цепей мостиковыми связями. Так, в инсулине две аминокислотные цепи связаны друг с другом атомами серы. В цитохроме С атом серы образует связь с молекулой небелкового характера (гемом).

Полисахариды – полимеры сахаров

Существенным компонентом тканей растений являются полисахариды – полимеры, образованные из небольших молекул сахаров, при превращениях которых в клетке выделяется энергия.
Установлено, что до 50% массы углерода, содержащегося в ткани растений, приходится на целлюлозу — полимер глюкозы. В некоторых формах целлюлоза находит практическое применение — например, хлопок на 98% состоит из целлюлозы.
Основным полимером, обеспечивающим энергетические запасы организма, является крахмал, в состав которого входят два типа полимерных молекул – амилоза и амилопектин. Подобно целлюлозе, амилоза представляет собой полимер глюкозы, в котором фрагменты глюкозы образуют неразветвленную цепь. Единственное различие в структуре этих полимеров заключается в пространственной направленности связей соседних звеньев макромолекулы. Этого различия оказывается достаточно для того, чтобы крахмал легко усваивался организмом человека и был питательным продуктом, а целлюлоза совершенно не усваивалась.
Многие другие сахара, помимо глюкозы, также образуют полисахариды. Так, хитин, твердый материал панциря насекомых, крабов и раков, представляет собой полимер аминосахаров. Альгинаты, важные добавки к пищевым продуктам, которые способствуют образованию пены в пиве и придают нежный вкус супам-концентратам, являются полисахаридами морских водорослей, а пектины, которые широко используют в производстве джемов и мармелада, в заметных количествах содержатся в яблоках. К полисахаридам относятся природные клеи, например гуммиарабик, а также гепарин – важное соединение, препятствующее свертыванию крови и используемое при лечении тромбоза.

Нуклеиновые кислоты

Хотя нуклеиновые кислоты содержатся в клетках не в таких больших количествах, как белки или полисахариды, они принадлежат к числу важнейших полимеров. Нуклеиновые кислоты обеспечивают передачу наследственной информации, которая определяет развитие любых клеток, независимо от того, являются ли они клетками человека или мыши, содержатся в печени человека или мышином хвосте. Полинуклеиновые кислоты способны точно воспроизводить самих себя, благодаря чему каждый биологический вид воспроизводит себя в своем потомстве. Они также управляют синтезом белка в организме, обеспечивая не только производство различных ферментов, но и контроль за всеми процессами, происходящими в тканях живого организма.
Нуклеиновые кислоты содержат тысячи звеньев нуклеотидов, в каждое из которых входят азотистое основание и остаток фосфорной кислоты, связанные с одним из двух сахаров – рибозой (в РНК) или дезоксирибозой (в ДНК). Благодаря свойствам азотистых оснований две цепи нуклеиновых кислот в ДНК точно соответствуют друг другу, объединяясь в «двойную спираль».
Синтетические каучуки и пластмассы также относятся к полимерам и часто являются искусственными аналогами природных молекул. Стекло и аналогичные материалы принадлежат к неорганическим полимерам.