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Polymeranalytik

Die Struktur von Makromolekülen

Das ideale statistische Knäuel entspricht der im Allgemeinen angestrebten ungeordneten Struktur, da in den drei Raumrichtungen keine bevorzugte Ordnung erkenntlich ist. Dieses für das ganze Makromolekül häufig geltende Verhalten schließt aber eine Tendenz zu höherer Ordnung für bestimmte Teilbereiche des Moleküls nicht aus. Derartige Beobachtungen machte man zuerst an Biopolymeren (z.B. Proteinen).

Zur besseren strukturellen Charakterisierung unterscheidet man folgende Strukturarten:

  • Die Primärstruktur bezeichnet die Art und die Sequenz der einzelnen Monomereinheiten in Homo- und Copolymeren sowie die räumliche Anordnung benachbarter Struktureinheiten (cis, trans, Taktizität etc.). In Proteinen und Peptiden interessiert die Reihenfolge der einzelnen Aminosäuren (Aminosäure-Sequenz), in Polynucleotiden die Basensequenz.
  • Als Sekundärstruktur wird die Anordnung der Kettensequenzen innerhalb eines Makromoleküls bezeichnet. Eine Polymerkette kann sich z.B. in Form eines Fadens oder eines statistischen Knäuels anordnen. Bei Proteinen findet man häufig α-Helix- oder β-Faltblattstrukturen. In DNA-Molekülen überwiegen Doppelhelices und Schleifen.
  • Die Tertiärstruktur entspricht der übergeordneten räumlichen Anordnungen der Kette (Helix, Knäuel, Kugel, Ellipsoid). Die Strukturen entstehen aufgrund intra- und intermolekularer Wechselwirkungen durch Wasserstoff-Brückenbindungen, Ladungs- und Dispersionswechselwirkungen (z.B. Van-der-Waals-Wechselwirkungen) zwischen einzelnen Ketten oder Kettenteilen.
  • Quartärstruktur: Unter diesem Begriff versteht man die Assoziation mehrerer Polymerketten zu größeren Einheiten. Ein Beispiel aus der Biochemie ist die räumliche Anordnung von vier Hämoglobin-Untereinheiten (Polypeptidketten) zum funktionsfähigen Proteinmolekül.

Diese Einteilung der Makromolekülstrukturen ist allerdings nicht eindeutig, da sich konstitutive, konfigurative und konformative Einflüsse zum einen, aber zum andern auch intra- bzw. intersegmentale und molekulare Effekte nicht exakt voneinander trennen lassen.

Die verschiedenen Isomere in Makromolekülen

Folgende Faktoren haben Einfluss auf die mit verschiedenen analytischen Methoden beobachteten Spektren:

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