Polimerizacija je značilna za tvorbo polimerov iz monomerov. V kemiji in biologiji obstajajo različne vrste polimerizacij. V organizmih potekajo reakcije polimerizacije, ki tvorijo biopolimere, kot so beljakovin, nukleinska kislinaali polisaharidi.
Kaj je polimerizacija?
V organizmih potekajo reakcije polimerizacije, ki tvorijo biopolimere, kot so beljakovin or nukleinska kislina. Nukleinska kislina so sestavni deli DNA in RNA. Polimerizacija je skupni izraz za tvorbo polimerov iz nizkomolekularnih monomerov. Reakcije polimerizacije igrajo pomembno vlogo tako v kemiji kot v biologiji. Polimeri so visoko molekularne snovi, ki so sestavljene iz nekaterih osnovnih gradnikov. Ti osnovni gradniki, imenovani tudi monomeri, se med polimerizacijo kopičijo in tvorijo visoko molekularne verige. Polimeri so lahko sestavljeni iz enakih ali različnih monomerov. Na primer v kemiji poliester, polietilen, polivinil klorid (PVC) ali druge plastike so znane kot polimeri. V biologiji beljakovin, nukleinski kisline or polisaharidi predstavljajo zelo kompleksne biopolimere. Na kemijskem področju obstajajo različne vrste reakcij polimerizacije. Ločimo verižne reakcije rasti in stopnje rasti. V verižnih reakcijah rasti se po začetni reakciji nadaljnji monomeri nenehno vežejo na aktivirano verigo. To vodi do rasti verige. V koračnih reakcijah rasti morajo imeti vključeni monomeri vsaj dve funkcionalni skupini. Neprekinjene rasti verige ni, ampak najprej nastanejo dimeri, trimerji ali oligomeri, ki se kasneje združijo in tvorijo daljšo verigo. Tipične reakcije stopnje rasti so v obliki reakcij dodajanja ali kondenzacije. Vendar je tvorba biopolimerov v bioloških sistemih veliko bolj zapletena. Zahteva veliko različnih reakcijskih korakov. Na primer, tvorba beljakovin ali nukleinov kisline poteka le s pomočjo predlog. V genetski kodi je zaporedje dušik baze v nukleinskem kisline je določeno. Ti pa kodirajo zaporedje aminokisline v posameznih beljakovinah.
Funkcija in naloga
Polimerizacije igrajo vidno vlogo v vseh bioloških sistemih bakterije, glive, rastline in živali (vključno z ljudmi). Tako so beljakovine in nukleinske kisline najprej pogoj za življenje. V bistvu so reakcije polimerizacije, ki tvorijo te biomolekule, in njihova razgradnja dejanske življenjske reakcije. Nukleinske kisline so sestavni deli DNA in RNA. Sestavljajo jih fosforna kislina, monosladkor (deoksiriboza oz riboza) in štiri dušikove baze. Fosforna kislina, sladkorja in dušik baze so sestavljeni tako, da tvorijo nukleotid. Nukleinske kisline pa so sestavljene iz verig nukleotidov, razporejenih v vrsto. DNA vsebuje deoksiribozo in RNA vsebuje riboza kot sladkorja molekula. Posamezni nukleotidi se razlikujejo le po svojih dušik osnova. Tri zaporedni nukleotidi vsako kodo za eno aminokislino kot triplet. Tako zaporedje nukleotidov predstavlja genetsko kodo. Genetska koda, določena v DNA, se prek zapletenih mehanizmov prenese v RNA. RNA je nato odgovorna za sintezo proteinov s fiksnim aminokislinskim zaporedjem. Nekateri odseki v DNK (geni) tako kodirajo ustrezne beljakovine. Vsaka beljakovina ima določeno funkcijo v organizmu. Tako obstajajo mišični proteini, beljakovine vezivnega tkiva, imunoglobulini, peptid hormoni or encimi. Poseben encim s posebno sestavo pa je odgovoren za vsak presnovni korak. To že kaže, kako pomembne so natančno usklajene reakcije polimerizacije za gradnjo nukleinskih kislin in beljakovin za nemotene biokemične procese v organizmu. Na primer encimi morajo imeti pravilno aminokislinsko zaporedje, da lahko katalizirajo določen reakcijski korak v presnovi, za katero so odgovorni. Poleg beljakovin in nukleinskih kislin polisaharidi so tudi pomembni biopolimeri v organizmu. V rastlinah pogosto opravljajo podporne funkcije. Poleg tega hranijo tudi energijo. Škrob v krompirju je na primer rezervna snov, ki se uporablja za pridobivanje energije med kalitvijo. Ljudje glikogen shranjujejo tudi v jetra in mišice za zadovoljevanje potreb po energiji v obdobjih omejevanja hrane ali močne telesne aktivnosti. Glikogen je tako kot škrob polimer in nastane iz monomera glukoze.
Bolezni in bolezni
Motnje v reakcijah biološke polimerizacije lahko vodi do pomembnih zdravje težave. Kot smo že omenili, so nukleinske kisline pomembni biopolimeri. Ko kemični procesi spremenijo zaporedje nekaterih dušikovih baze, je prisotna tako imenovana mutacija. Mutirani gen še naprej kodira beljakovine, vendar se njihov vrstni red aminokislin spreminja. Tako spremenjeni proteini ne morejo več pravilno izpolnjevati svoje funkcije v prizadetih celicah. To lahko vodi do presnovnih motenj, saj lahko encim odpove. Vendar imunoglobulini se lahko tudi spremeni. V tem primeru se pojavijo imunske pomanjkljivosti. Spremembe seveda lahko vplivajo tudi na strukturne beljakovine z različnimi manifestacijami in simptomi. Mutacije se pogosto prenašajo tudi na potomce. V življenju se vedno znova pojavljajo napake pri razmnoževanju genetske kode. V večini primerov prizadete telesne celice uničijo imunski sistem. Vendar to ni vedno uspešno. V nekaterih primerih se te celice razvijejo v rak celic, njihova rast pa ogroža celoten organizem. Številne druge degenerativne bolezni, kot npr arterioskleroza, revmatične pritožbe oz avtoimunske bolezni, je mogoče izslediti tudi do motenj v sintezi biopolimerov. Tudi sinteza glikogena, polisaharida v jetra in mišice, so lahko okvarjene. Na primer, obstajajo bolezni shranjevanja glikogena z nenormalno spremenjenim glikogenom molekule, ki pa je lahko posledica okvare encimi. Nenormalnega glikogena ni več mogoče razgraditi in se še naprej kopiči v jetra.
