Recapitulări Știința Materialelor Biopolimerice PDF

**Oferă-mi toate definițiile/clasificările/informațiile necesare pentru SUBIECTE Examen Știința Materialelor Biopolimerice** **NR 1: polizaharide din țesuturi, elastină , amidon , proteine clasificare + structura primară și secundară** **NR 2: colagen , celuloza, denaturarea proteinelor + structur...

**Oferă-mi toate definițiile/clasificările/informațiile necesare pentru SUBIECTE Examen Știința Materialelor Biopolimerice** **NR 1: polizaharide din țesuturi, elastină , amidon , proteine clasificare + structura primară și secundară** **NR 2: colagen , celuloza, denaturarea proteinelor + structura cuaternara și terțiara, biopolimeri microorganisme** **nr 1 structura terțiara, colagen proprietăți și structura , polizaharide naturale din țesuturi , amidon structura și aplicații, pvc proprietăți și aplicații** **nr 2 proteine plasmatice , polipropilenă, hidrogeluri, celuloză, elastină** **- clasificare proteine după rol si după strictura** **- polizaharide naturale in țesuturi** **- celuloza, amidon** **- elastina, colagen** **- pvc, polietilena** **Informații detaliate pentru examenul de Știința Materialelor Biopolimerice** - **Polizaharide naturale în țesuturi** **Definiție** Polizaharidele sunt carbohidrați complecși, formați din lanțuri de monozaharide unite prin legături glicozidice, cu roluri esențiale în structură, energie și funcții biologice. **Clasificare** 1. **După numărul de unități monomere**: - **Homopolizaharide**: conțin un singur tip de monomer (ex. celuloză, amidon). - **Heteropolizaharide**: conțin două sau mai multe tipuri de monomeri (ex. acid hialuronic, condroitin sulfat). 2. **După origine**: - **Bacteriană**: celuloză bacteriană, xantan, dextran. - **Din mucegaiuri (fungi)**: pullulan. - **Din plante/alge**: amidon, celuloză, acid alginic (alginat de sodiu), pectină. - **Animală**: chitină, chitosan, acid hialuronic. **Aplicații biomedicale**: - Pansamente, biosenzori, sisteme de livrare de medicamente, bioimagistică. **Exemple și caracteristici** 1. **Chitosan - polimer natural derivat din chitină, biocompatibil și biodegradabil.** - **Origine**: Derivat al chitinei, prezent în crustacee și insecte. - **Structură**: Copolimer liniar format din unități de **D-glucozamină** și **N-acetil-D-glucozamină**. - **Proprietăți**: - Biocompatibil, biodegradabil, antimicrobian. - Hemostatic, muco-adeziv. - Mai solubil decât chitină, ceea ce îl face mai potrivit pentru aplicații practice. - **Solubilitate**: Insolubil în apă și solvenți organici precum DMFA, DMSO. 2. **Amidon** - **Structură**: - **Amiloza**: lanțuri liniare de glucoză unite prin legături α(1→4). - **Amilopectina**: lanțuri ramificate cu legături α(1→6). - **Proprietăți**: Structură semicristalină, insolubil în apă rece. - **Aplicații medicale**: - Pansamente, adezivi medicinali. - Hidrogeluri biodegradabile. - Compozite pentru implanturi (ex. ceramice bioactive). 3. **Celuloză** - Lanțuri liniare formate din monomeri de β-D-glucoză. - Moleculele de celuloză sunt aranjate în microfibrile, stabilizate prin legături de hidrogen inter- și intramoleculare. - **Grad de polimerizare**: poate varia de la câteva sute la câteva mii de unități de glucoză. 1. **Fizice**: - Insolubilă în apă și solvenți organici. - Structură cristalină datorită legăturilor de hidrogen. 2. **Chimice**: - Reacționează cu anumiți reactivi pentru a forma derivați (ex. nitroceluloza, celuloza acetat). 3. **Biologice**: - Biocompatibilă și biodegradabilă. - Rezistentă la degradare de către majoritatea organismelor (cu excepția unor bacterii și fungi). - **Componentă structurală**: Conferă rigiditate și suport mecanic peretelui celular al plantelor. - **Rezervă naturală**: Contribuie la formarea biomasei globale. 1. **După sursă**: - **Naturală**: din plante (lemn, bumbac). - **Bacteriană**: celuloză produsă de bacterii (ex. *Acetobacter xylinum*). 2. **După formă**: - **Fibrilară**: în microfibrile (peretele celular). - **Amorfă**: în celuloza modificată chimic (ex. celuloza acetat). 1. **Nitroceluloza**: Obținută prin tratarea celulozei cu acid azotic. Folosită în explozivi, lacuri, filme fotografice. 2. **Celuloza acetat**: Folosită în fibre textile, filtre de țigări. 3. **Carboximetilceluloza**: Folosită ca agent de îngroșare în industria alimentară și farmaceutică. 1. **Industriale**: - Producerea hârtiei și a textilelor (bumbac, viscoză). - Materiale biodegradabile (ambalaje, filme). 2. **Biomedicale**: - Excipient în comprimate farmaceutice. - Hidrogeluri și pansamente biodegradabile. 3. **Alimentare**: - Agenți de texturare și stabilizare (carboximetilceluloză). 4. **Energie**: - Producerea bioetanolului din celuloză prin fermentație. - **Proteine** **Definiție** Proteinele sunt macromolecule organice (biopolimeri naturali) esențiale pentru structura și funcția biologică a organismelor. **Roluri** 1. **Structurale**: - Colagen, elastină, keratină -- conferă rezistență mecanică țesuturilor (oase, tendoane, piele). - Fibroina din mătase -- oferă stabilitate și flexibilitate structurilor biologice. 2. **Catalitice**: - Enzimele catalizează reacțiile biochimice (ex.: amilaza, tripsina). 3. **Transportoare**: - Hemoglobina transportă oxigenul și dioxidul de carbon. - Albumina transportă acizi grași, hormoni, bilirubină, medicamente. 4. **Protective**: - Imunoglobulinele protejează împotriva bacteriilor și virusurilor. - Fibrinogenul participă la coagulare. 5. **Transmiterea mesajelor chimice**: - Hormoni proteici (insulină) reglează procesele metabolice. 6. **Mișcare**: - Actina și miozina sunt implicate în contracția musculară. **Clasificare** 1. **După compoziție**: - **Simple**: doar lanțuri de aminoacizi. - **Conjugate**: asociate cu grupări prostetice (ex.: glicoproteine, lipoproteine, metaloproteine). 2. **După structură**: - **Primară**: Secvența liniară de aminoacizi legați prin legături peptidice. - **Secundară**: Structuri α-elice (stabilizate prin legături de hidrogen) și β-foi (intercatenare). - **Terțiară**: Aranjamentul tridimensional al lanțului proteic, stabilizat de interacțiuni hidrofobe, ionice și disulfurice. - **Cuaternară**: Asamblarea mai multor lanțuri polipeptidice distincte (ex.: hemoglobina). - Natura aminoacizilor și ordinea lor de înlănțuire în catena proteinei, esențiale pentru funcția biologică. - Structura primară a insulinei: formată din două catene și 51 aminoacizi. - Forme elicoidale-α și extinse-β. - Exemplu: keratina (structură elicoidală-α). - Modul de împachetare a lanțului polipeptidic. - Lanțul proteic conține zone cu structură α, zone cu structură β și zone neorganizate. - Stabilitatea structurii depinde de: - Legături de hidrogen - Legături ionice - Interacțiuni hidrofobe - Legături covalente --S-S- - Caracteristică proteinelor globulare. - Apare în proteinele oligomerice formate din mai multe lanțuri peptidice distincte. - Exemplu: hemoglobina (două lanțuri α și două lanțuri β). - **Proteine plasmatice** **Definiție** Proteinele plasmatice sunt macromolecule organice solubile prezente în plasma sanguină, având funcții biologice esențiale precum transportul, menținerea presiunii osmotice, coagularea și apărarea imunologică. **Clasificare** 1. **După funcție**: - **Albumine**: - Cele mai abundente proteine plasmatice (\~60%). - Rol în menținerea presiunii osmotice și transportul unor molecule (hormoni, acizi grași, medicamente). - **Globuline**: - Subdivizate în α1, α2, β și γ-globuline. - Funcții diverse, inclusiv transport (haptoglobina), protecție imunologică (anticorpi -- imunoglobuline). - **Fibrinogen**: - Rol esențial în coagularea sângelui prin formarea fibrinei. 2. **După rol biologic specific**: - **Transport**: Albumina, transferrina, ceruloplasmina. - **Coagulare**: Fibrinogen, protrombina. - **Imunitate**: Imunoglobuline (IgG, IgA, IgM). - **Inhibitori enzimatici**: α1-antitripsina (previne distrugerea țesuturilor de către enzime proteolitice). **Proprietăți** - **Biocompatibilitate**: Se integrează în procese biologice fără efecte adverse. - **Solubilitate**: Înaltă solubilitate în plasmă. - **Versatilitate**: Roluri multiple în transport, apărare și menținerea homeostaziei. **Funcții** 1. **Transport**: - Albumina transportă substanțe hidrofobe (hormoni, bilirubină, acizi grași). - Transferrina transportă fierul în organism. - Lipoproteinele transportă lipidele în sânge. 2. **Menținerea presiunii oncotice**: - Albumina reglează transferul fluidelor între vase și țesuturi. 3. **Coagulare**: - Fibrinogenul este transformat în fibrină în timpul coagulării, formând cheaguri. 4. **Imunitate**: - Imunoglobulinele neutralizează agenții patogeni. 5. **Detoxifiere**: - Albumina leagă substanțe toxice și facilitează eliminarea lor. **Aplicații medicale** - **Albumina serică umană**: Folosită pentru tratarea hipoalbuminemiei (ex. arsuri, șoc, edem). - **Globulinele**: Terapie cu imunoglobuline în boli autoimune sau deficiențe imunologice. - **Produse hemostatice**: Concentrate de fibrinogen pentru prevenirea sângerării excesive. - **Denaturarea proteinelor** - **Definiție**: Pierderea activității biologice prin distrugerea structurii secundare, terțiare sau cuaternare (fără ruperea legăturilor peptidice). - **Cauze**: - **Factori declanșatori**: - **Consecințe**: Pierderea funcției biologice. **Aplicații** 1. **Biomedicale**: - Hidrogeluri proteice pentru regenerarea tisulară și livrarea medicamentelor. - Pansamente, biosenzori. 2. **Industriale**: - Filme biodegradabile, agenți de texturare. 3. **Nanotehnologie**: - Nanoparticule proteice pentru diagnostice și tratamente. 4. **Alimentare**: - Gelatina și cazeina sunt folosite ca agenți de texturare și stabilizatori. - **Elastina** **Definiție** Elastina este o **proteină structurală fibroasă** esențială pentru elasticitatea țesuturilor conective din corp, cum ar fi pielea, vasele de sânge, ligamentele și plămânii. Aceasta permite țesuturilor să revină la forma inițială după întindere sau compresie. **Structura** - **Compoziție chimică**: - Formată predominant din aminoacizi **glicină**, **alanină**, **valină** și **prolină**. - Conține aminoacizi specifici precum **desmozina** și **izodesmozina**, care formează legături încrucișate, stabilizând rețelele elastice. - **Organizare**: - Lanțurile de tropoelastină (forma solubilă a elastinei) se asamblează extracelular într-o rețea tridimensională stabilizată prin legături covalente. **Proprietăți** 1. **Elasticitate ridicată**: - Poate fi întinsă de 1,5 ori lungimea sa inițială, revenind la forma originală. 2. **Rezistență mecanică**: - Permite țesuturilor să suporte stresuri fizice repetate fără deteriorare permanentă. 3. **Durabilitate**: - Stabilă în timp datorită rețelelor de legături covalente. 4. **Hidrofobie**: - Conține secvențe bogate în aminoacizi hidrofobi, contribuind la elasticitatea și rezistența sa. **Funcții biologice** - **Elasticitatea țesuturilor**: Esențială pentru funcționarea plămânilor, pielii, vaselor de sânge și altor țesuturi care necesită flexibilitate. - **Rezistența la degradare**: Elastina este foarte stabilă și rezistă la degradare enzimatică. **Aplicații biomedicale** 1. **Inginerie tisulară**: - Utilizată în crearea de biomateriale pentru regenerarea țesuturilor moi. 2. **Dispozitive medicale**: - Polimeri sintetici care imită proprietățile elastinei sunt folosiți în proteze vasculare și alte aplicații biomedicale. - **Hidrogeluri** **Definiție și caracteristici generale** Hidrogelurile sunt structuri tridimensionale (3D) hidrofile care: - Stochează un conținut ridicat de apă/fluide biologice (până la 99%). - Prezintă proprietăți similare țesuturilor umane: biocompatibilitate, porozitate reglabilă, permeabilitate ridicată. - Sunt stabilizate prin interacțiuni slabe (ionice, hidrofobe, legături de hidrogen) sau covalente (ex. reticulare). - Pot fi „self-healing", injectabile sau folosite pentru aplicații specifice. **Clasificare** 1. **În funcție de metoda de obținere**: - **Reticulare chimică**: - Oferă proprietăți mecanice și stabilitate ridicate prin formarea legăturilor covalente. - Ex.: Hidrogeluri obținute prin reticulare cu aldehidă glutarică sau genipin. - **Reticulare fizică**: - Stabilizate prin interacțiuni slabe (hidrofobe, ionice). - Sunt reversibile, dar cu stabilitate mecanică scăzută. 2. **În funcție de stimulii externi**: - **Sensibile la pH**: - Se umflă/contractă la schimbarea pH-ului. - Ex.: Polielectroliți precum acidul poliacrilic, chitosan. - **Sensibile la temperatură**: - Gelifiere la temperaturi critice (ex.: colagen, gelatina). - Temperaturi ridicate (\>62°C) pot induce denaturarea proteinei, facilitând formarea hidrogelului. - **Sensibile la câmp magnetic**: - Integrarea nanoparticulelor paramagnetice pentru aplicații în livrarea controlată a medicamentelor. 3. **După compoziție**: - **Organice**: Proteine (colagen, albumină), peptide, polizaharide (chitosan). - **Anorganice**: Argile, silice mezoporoasă. - **Hibride**: Combinații de polimeri naturali/sintetici cu nanomateriale. **Metode de obținere** 1. **Metode ce implică interacțiuni necovalente**: - **Influențate de pH**: Schimbarea pH-ului alterează conformația proteinei, ducând la agregare și formarea hidrogelului. - Avantaje: eficiență, simplitate. - **Influențate de temperatură**: Temperaturile ridicate (\>62°C) induc denaturarea proteinei și formarea gelului. - **Influențate de ionii metalici**: Interacțiuni electrostatice între proteine și ioni grei (ex.: Ag+, Hg²⁺). 2. **Metode chimice**: - Reticulare covalentă cu agenți precum aldehida glutarică, genipin. - Ex.: Hidrogeluri pe bază de albumină sau colagen reticulat cu aldehidă glutarică. **Proprietăți** - Biocompatibilitate, biodegradabilitate. - Porozitate și proprietăți mecanice ajustabile. - Capacitate de autoreparare (self-healing). - Stabilitate influențată de pH, temperatură sau prezența ionilor metalici. **Aplicații** - **Sisteme de eliberare controlată a medicamentelor**: Hidrogeluri sensibile la stimuli. - **Pansamente pentru răni și adezivi biologici**. - **Inginerie tisulară și regenerare**: Hidrogeluri pentru reconstrucție mandibulară, osoasă. - **Biocerneală pentru imprimare 3D**: Hidrogeluri utilizate în bioprinting. - **Lentile de contact și filme biodegradabile**. - **PVC (Policlorură de vinil)** Definiție PVC este un polimer termoplastic obținut din polimerizarea clorurii de vinil (C₂H₃Cl). Este versatil, fiind utilizat atât în formă rigidă, cât și flexibilă. Proprietăți 1. Mecanice: - Formă rigidă: durabilă, rezistentă la tracțiune. - Formă flexibilă: maleabilă, elastică. 2. Chimice: - Rezistentă la acizi, baze și solvenți organici. 3. Termice: - Temperaturi de utilizare: până la 60-80°C. - Inflamabilitate scăzută. 4. Rezistență la halogeni: - Rezistentă la fluor, mai puțin la clor. Aplicații 1. Rigid: Țevi, ferestre, uși. 2. Flexibil: Tuburi medicale, cabluri, folie de protecție. 3. Industriale: Izolații electrice, membrane pentru acoperișuri. - **Polietilenă (PE)** 1. **LDPE (Low-Density Polyethylene)**: - Structură ramificată. - Moale, flexibilă, translucidă. - Rezistă la temperaturi de 60-80°C. 2. **HDPE (High-Density Polyethylene)**: - Structură liniară, mai densă decât LDPE. - Rezistentă la impact și uzură. - Rezistă la temperaturi de până la 115°C. 3. **LLDPE (Linear Low-Density Polyethylene)**: - Structură liniară cu puține ramificații. - Flexibilitate mai bună decât LDPE. 1. **Mecanice**: - Flexibilă (LDPE), rigidă (HDPE). - Rezistentă la impact. 2. **Chimice**: - Rezistentă la acizi, baze și solvenți organici sub 80°C. - HDPE are permeabilitate redusă față de gaze și lichide. 3. **Termice**: - LDPE: sensibilă la temperaturi ridicate (\>80°C). - HDPE: stabilă până la 115°C. - **LDPE**: - Ambalaje flexibile (pungi, folii). - Jucării, cabluri. - **HDPE**: - Țevi, containere rigide, butoaie. - Rezervoare de combustibil. - **Polipropilenă (PP)** **Definiție** Polipropilena (PP) este un **polimer termoplastic** derivat din polimerizarea propilenei. Este unul dintre cele mai utilizate materiale plastice datorită versatilității, rezistenței chimice și durabilității sale. **Structura chimică** - **Formulă chimică**: (C3H6)n(C\_3H\_6)\_n(C3​H6​)n​. - **Configurație stereochimică**: - Polipropilena poate fi izotactică (cel mai des utilizată industrial), sindiotactică sau atactică, în funcție de aranjamentul grupărilor metil în lanțul polimeric. - **Proprietăți structurale**: - Lanțuri lungi de hidrocarburi cu grupări metil (-CH₃) care conferă rigiditate și rezistență termică. **Proprietăți fizice și mecanice** 1. **Densitate mică**: - Una dintre cele mai ușoare mase plastice (densitate \~0,91 g/cm³). 2. **Rezistență termică**: - Temperatura de topire: 130-171°C. - Rezistență la deformare termică până la \~100°C. 3. **Rezistență chimică**: - Rezistentă la majoritatea acizilor, bazelor, solvenților organici și uleiurilor. - Nu este afectată de apă sau umiditate. 4. **Rezistență mecanică**: - Rezistentă la tracțiune, impact și abraziune. 5. **Rigiditate și flexibilitate**: - Poate fi modificată prin copolimerizare (ex. copolimeri cu etilenă). **Proprietăți speciale** - **Transparență redusă**: De obicei, este opacă. - **Reciclabilitate**: Cod de reciclare: 5. - **Rezistență electrică**: Material izolant excelent. **Clasificare** 1. **Homopolimer PP**: - Polimer pur, cu rigiditate și rezistență termică superioare. 2. **Copolimer PP**: - **Bloc copolimer**: Duritate sporită, rezistență la impact. - **Copolimer random**: Flexibilitate și claritate mai mare (utilizat pentru produse transparente). **Aplicații** 1. **Industrie**: - Recipiente pentru depozitare și ambalaje alimentare (cutii, pahare, caserole). - Producția de piese auto (bări, panouri interioare). - Conducte și fitinguri pentru apă și gaze. - Textile (saci, covoare). 2. **Domeniul medical**: - Produse sterile (seringi, flacoane, catetere) datorită capacității de sterilizare prin abur. 3. **Domeniul agricol**: - Sisteme de irigații, folii agricole. 4. **Alte aplicații**: - Jucării, mobilier, articole de uz casnic (cani, farfurii). **Avantaje ale polipropilenei** - Cost scăzut de producție. - Rezistență chimică excelentă. - Greutate redusă și proprietăți mecanice bune. - Versatilitate și procesabilitate (injecție, extrudare, suflare). **Limitări ale polipropilenei** - Sensibilă la radiațiile UV (degradare fotooxidativă). - Fragilitate la temperaturi joase. - Inflamabilitate relativă.