Biopolymere

Polymere oder makromolekulare Verbindungen sind Stoffe die durch die chemische, hauptvalenzmäßige Verknüpfung von mehreren Einzelmolekülen, den Grundbausteinen, entstanden sind. Diese können entweder alle identisch oder aber verschieden voneinander sein. Sind alle Grundbausteine gleich, so spricht man von Homo polymeren, im anderen Fall von Copolymeren. Periodisch sich wiederholende Molekülgyruppierungen aus zwei oder mehreren Grundbausteinen bezeichnet man als Strukturelemente.

Nucleinsäuren kommen gewöhnlich im Zellkern als Desoxyribonucleinsäuren (DNS) und im Zellplasma als Ribonucleinsäure (RNS) vor. Die im Zellkern enthaltenen DNS dienen zur Speicherung der Erbinformation und übermitteln somit alle für eine Art und für ein Individuum charakteristischen Merkmale an das bei der Fortpflanzung entstehende neue Lebewesen. Außerdem geben sie naturgemäß während der Lebensdauer eines Lebewesens diese Information bei jeder Zellteilung weiter.

In diesem Abschnitt sollen die möglichen Konformationen der o. a. Biopolymeren nur in Abhängigkeit von inneren Parametern betrachtet werden. Hierunter sind Atomabstände, Rotations- und Bindungswinkel zu verstehen. Nicht betrachtet werden hier energetische Wechselwirkungen intra- oder intermolekularer Art, auch nicht solche mit Lösungsmittelmolekülen und ebensowenig Entropieeffekte. Auch stehen Tertiär-Strukturen und Strukturen höherer Ordnung in diesem Abschnitt nicht zur Diskussion. Es sollen somit ausgehend von der Primärstruktur nur die sterisch möglichen Sekundärstrukturen betrachtet werden.

Cellulose ist der Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwände und wird daher jährlich in außerordentlich großer Menge in der Natur erzeugt. Man schätzt sie auf 10¹⁰–10¹¹ t/Jahr (1–3). In nahezu reiner Form (94%) ist sie in der Baumwolle, den einzelligen Samenhaaren der zur Familie der Malven gehörenden Gattung Gossypium (4, 5) enthalten.

Bei diesen Polymeren handelt es sich um ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die sowohl als cis-Form (Kautschuk) wie auch als trans-Form (Guttapercha, Balata) im Milch-Saft (Latex) zahlreicher Pflanzen ( > 2000) vorkommen. Besonders wichtig für die Gewinnung von natürlichem Kautschuk sind einige Wolfsmilchgewächse (Euphorbiaceen) insbesondere Hevea brasiliensis. Dieser bis zu 20 m hoch werdende in Südamerika, Afrika und Hinterindien angebaute, Baum ergibt beim Anritzen der Rinde im Mittel etwa 70 g Latex pro Tag. Er liefert, plantagenmäßig angebaut weit über 99 % der Welternte. Der Rest wird von ca. 50 verschiedenen anderen Pflanzen, u. a. auch von dem in Europa bekannten Gummibaum Ficus elastica, der in Südostasien wächst, gewonnen. In der Sowjetunion wurden Versuche unternommen Naturkautschuk aus den Wurzeln eines dem Löwenzahn ähnlichen Korbblütler (Cornpositae) Taraxacum bicorne (Kok saghys) zu gewinnen, die einen sehr hohen Latexgehalt aufweisen.