Роль высокомолекулярных соединений в существовании жизни на Земле

Высокомолекулярные соединения как особая низкоэнтропийная форма существования вещества представляют собой основу возникновения и существования жизни на Земле, каким бы ни было ее происхождение – привнесенная из Космоса или возникшая из простейших веществ непосредственно на Земле. Основой продолжающейся уже более двух миллиардов лет жизни на Земле является способность макромолекул записывать, хранить и воспроизводить информацию. Без этой способности вещества, характерной только для высокомолекулярных соединений, существование и воспроизведение жизни невозможно. Таким образом, жизнь на земле или за ее пределами могла возникнуть только как результат формирования сложных макромолекул из атомов и молекул простых веществ.

И действительно, какой бы самый простой живой организм мы ни взяли для рассмотрения, мы обязательно обнаружим в нем высокомолекулярные соединения как основной структурный и функциональный компоненты. Основное свойство живой материи – способность к самовоспроизводству – определяется именно информационной способностью макромолекул. Вирусы – полувещества-полуорганизмы – состоят из изменчивой белковой оболочки и «начинки» из нуклеиновых кислот. В простейших одноклеточных организмах содержание и природа составляющих их высокомолекулярных соединений гораздо более разнообразна и по функциям и по химическому составу этих полимеров.

Так один из самых распространенных природных полимеров полисахарид целлюлоза (ежегодное производство в природе 10¹⁵ кг) является структурной основой всех растительных организмов. Структурную функцию экзоскелета членистоногих выполняет другой полисахарид – хитин, у млекопитающих структурную функцию выполняют коллагены и другие белки. В дальнейшем изложении эти вопросы будут рассмотрены более подробно.

С усложнением организмов возрастает и количество видов полимеров, используемых Природой для «конструирования» этих организмов, и сложность и многообразие их функциональных назначений.

То обстоятельство, что по своей природе и физико-химическим свойствам (гибкость, мягкость, эластичность, способность разлагаться в физиологических средах) многие натуральные и с синтетические полимеры и материалы на их основе сходны с различными тканями человеческого организма создает естественную основу для их использования в медицинских целях. И действительно материалы из природных полимеров широко использовались во врачевании с древнейших времен (перевязочные и шовные материалы, пленочные покрытия из соков и отваров растений и др.)

Роль полимерных материалов в современных медицинских и биологических технологиях трудно переоценить, притом, что их значение постоянно возрастает. Это и конструкционные материалы для медицинских инструментов, деталей медицинских аппаратов, и вспомогательные вещества для производства лекарств — наполнители, упаковочные материалы, и, наконец, материалы сложного функционального назначения — узлы медицинских аппаратов типа искусственное легкое, искусственная почка, а также кровезаменители. Полимеры широко используются и в медицинском и биохимическом анализе.

Очевидно, что функциональные назначения полимеров в медицине и биологии предъявляют гораздо более жесткие требования к свойствам и характеристикам полимерных материалов, а также методам их аттестации. Некоторые вопросы, связанные с ролью высокомолекулярных соединений в биологии и медицине рассматриваются в настоящей главе. Однако для лучшего их понимания читателями, недостаточно знакомыми с высокомолекулярными соединениями целесообразно рассмотреть основные положения этой области знаний.