Polimerizacija karakterizira stvaranje polimera iz monomera. U kemiji i biologiji postoje različite vrste polimerizacija. U organizmima se odvijaju reakcije polimerizacije da bi se stvorili biopolimeri kao što su proteini, nukleinske kiseline, ili polisaharide.
Što je polimerizacija?
Reakcije polimerizacije odvijaju se u organizmima da bi se stvorili biopolimeri kao što su proteini or nukleinske kiseline. Nukleinske kiseline su komponente DNA i RNA. Polimerizacija je skupni pojam za stvaranje polimera iz monomera male molekulske mase. Reakcije polimerizacije igraju glavnu ulogu i u kemiji i u biologiji. Polimeri su visoko molekularne tvari koje se sastoje od određenih osnovnih građevinskih blokova. Ti osnovni gradivni blokovi, koji se nazivaju i monomeri, akumuliraju se tijekom polimerizacije i tvore visoko-molekularne lance. Polimeri se mogu sastojati od istih ili različitih monomera. U kemiji, na primjer, poliester, polietilen, polivinil klorid (PVC) ili druge plastike poznati su kao polimeri. U biologiji, proteini, nukleinski kiseline or polisaharide predstavljaju vrlo složene biopolimere. U kemijskom polju postoje različite vrste reakcija polimerizacije. Razlikuju se lančane reakcije rasta i koračne reakcije rasta. U reakcijama rasta lanca, nakon početne reakcije, daljnji monomeri se neprestano vežu za aktivirani lanac. To dovodi do rasta lanca. U reakcijama rasta koraka, uključeni monomeri moraju imati najmanje dvije funkcionalne skupine. Ne postoji kontinuirani rast lanca, već se prvo stvaraju dimeri, trimeri ili oligomeri, koji se kasnije kombiniraju i tvore duži lanac. Tipične reakcije rasta stupnja imaju oblik reakcija dodavanja ili kondenzacije. Međutim, stvaranje biopolimera u biološkim sustavima mnogo je složenije. Zahtijeva mnogo različitih reakcijskih koraka. Na primjer, stvaranje proteina ili nukleina kiseline odvija se samo uz pomoć predložaka. U genetskom kodu slijed dušik baze u nukleinskoj kiseline je navedeno. Oni pak kodiraju slijed aminokiseline u pojedinim proteinima.
Funkcija i zadatak
Polimerizacije igraju istaknutu ulogu u svim biološkim sustavima bakterija, gljive, biljke i životinje (uključujući ljude). Dakle, proteini i nukleinske kiseline prije svega su preduvjet za život. U osnovi su reakcije polimerizacije koje stvaraju ove biomolekule i njihova razgradnja stvarne reakcije života. Nukleinske kiseline su komponente DNA i RNA. Sastavljeni su od fosforna kiselina, monošećer (deoksiriboza ili riboza) i četiri dušična baze. Fosforna kiselina, šećer a dušik baze su sastavljene tako da tvore nukleotid. Nukleinske kiseline se pak sastoje od lanaca nukleotida poredanih u nizu. DNA sadrži deoksiribozu, a RNA sadrži riboza kao šećer molekula. Pojedinačni nukleotidi razlikuju se samo po svojim dušik baza. Tri uzastopna nukleotida svaki kodiraju jednu aminokiselinu kao triplet. Dakle, slijed nukleotida predstavlja genetski kod. Genetski kod položen u DNA prenosi se u RNA kompliciranim mehanizmima. RNA je tada odgovorna za sintezu proteina s fiksnom aminokiselinskom sekvencom. Određeni dijelovi u DNA (geni) tako kodiraju odgovarajuće proteine. Svaki protein ima određenu funkciju u organizmu. Dakle, postoje mišićni proteini, proteini vezivno tkivo, imunoglobulini, peptid hormoni or enzimi. Zauzvrat, poseban enzim sa specifičnim sastavom odgovoran je za svaki metabolički korak. To već pokazuje koliko su precizno koordinirane reakcije polimerizacije za izgradnju nukleinskih kiselina i proteina važne za nesmetane biokemijske procese u organizmu. Na primjer, enzimi moraju imati ispravan slijed aminokiselina kako bi mogli katalizirati određeni reakcijski korak u metabolizmu za koji su odgovorni. Pored proteina i nukleinskih kiselina, polisaharide su također važni biopolimeri u organizmu. U biljkama često obavljaju pomoćne funkcije. Nadalje, oni također pohranjuju energiju. Na primjer, škrob u krumpiru rezervna je tvar koja se koristi za stvaranje energije tijekom nicanja. Ljudi također pohranjuju glikogen u jetra i mišići za zadovoljavanje energetskih potreba tijekom razdoblja ograničenja hrane ili intenzivne tjelesne aktivnosti. Glikogen je, poput škroba, polimer i nastaje iz monomera glukoza.
Bolesti i tegobe
Poremećaji u reakcijama biološke polimerizacije mogu dovesti do značajnih zdravlje problema. Kao što je ranije spomenuto, nukleinske kiseline su važni biopolimeri. Kada kemijski procesi mijenjaju redoslijed određenih dušičnih baze, prisutna je takozvana mutacija. Mutirani gen nastavlja kodirati proteine, ali se njihov redoslijed aminokiselina mijenja. Ovako izmijenjeni proteini više ne mogu pravilno ispunjavati svoju funkciju u zahvaćenim stanicama. Ovo može dovesti na metaboličke poremećaje, jer enzim može zakazati. Međutim imunoglobulini također mogu biti izmijenjeni. U tom se slučaju javljaju imunodeficijencije. Naravno, promjene mogu utjecati i na strukturne proteine, s mnogo različitih manifestacija i simptoma. Mutacije se često prenose i na potomstvo. Tijekom života, greške u reprodukciji genetskog koda događaju se iznova i iznova. U većini slučajeva zahvaćene tjelesne stanice uništava imunološki sustav. Međutim, to nije uvijek uspješno. U nekim se slučajevima te stanice razvijaju u Raka stanice, na primjer, a njihov rast prijeti cijelom organizmu. Mnoge druge degenerativne bolesti, kao što su arterioskleroza, reumatske tegobe ili autoimune bolesti, također se može pratiti do poremećaja u sintezi biopolimera. Čak i sinteza glikogena, polisaharida u jetra i mišići, mogu biti oštećeni. Na primjer, postoje bolesti skladištenja glikogena s nenormalno promijenjenim glikogenom molekule, što pak može biti uzrokovano neispravnošću enzimi. Nenormalni glikogen se više ne može razgraditi i nastavlja se akumulirati u jetra.
