Polymerizácia charakterizuje tvorbu polymérov z monomérov. V chémii a biológii existujú rôzne typy polymerizácie. V organizmoch prebiehajú polymerizačné reakcie za vzniku biopolymérov ako napr proteíny, nukleové kyseliny, Alebo polysacharidy.
Čo je to polymerizácia?
Polymerizačné reakcie prebiehajú v organizmoch za vzniku biopolymérov ako napr proteíny or nukleové kyseliny. Nukleové kyseliny sú zložkami DNA a RNA. Polymerizácia je súhrnný pojem na tvorbu polymérov z nízkomolekulárnych monomérov. Polymerizačné reakcie hrajú hlavnú úlohu v chémii aj v biológii. Polyméry sú vysokomolekulárne látky, ktoré pozostávajú z určitých základných stavebných prvkov. Tieto základné stavebné bloky, ktoré sa tiež nazývajú monoméry, sa hromadia počas polymerizácie a vytvárajú vysokomolekulárne reťazce. Polyméry môžu byť zložené z rovnakých alebo rôznych monomérov. V chémii napríklad polyester, polyetylén, polyvinyl chlorid (PVC) alebo iné plasty sú známe ako polyméry. V biológii proteíny, nukleové kyseliny or polysacharidy predstavujú veľmi zložité biopolyméry. V chemickej oblasti existujú rôzne typy polymerizačných reakcií. Rozlišujú sa reakcie reťazového rastu a reakcie stupňovitého rastu. V reakciách na rast reťazca sa po počiatočnej reakcii ďalšie monoméry neustále viažu na aktivovaný reťazec. To vedie k rastu reťazca. Pri krokových rastových reakciách musia zahrnuté monoméry obsahovať najmenej dve funkčné skupiny. Nie je tu kontinuálny rast reťazca, ale najskôr sa tvoria diméry, triméry alebo oligoméry, ktoré sa neskôr spoja a vytvoria dlhší reťazec. Typické krokové rastové reakcie majú formu adičných alebo kondenzačných reakcií. Tvorba biopolymérov v biologických systémoch je však oveľa komplikovanejšia. Vyžaduje si veľa rôznych reakčných krokov. Napríklad tvorba proteínov alebo nukleových kyseliny prebieha iba pomocou šablón. V genetickom kóde je postupnosť dusík základy v jadre kyseliny je zadané. Tieto zase kódujú postupnosť aminokyseliny v jednotlivých proteínoch.
Funkcia a úloha
Polymerizácie hrajú významnú úlohu vo všetkých biologických systémoch baktérie, huby, rastliny a zvieratá (vrátane ľudí). Proteíny a nukleové kyseliny sú teda v prvom rade predpokladom života. V podstate sú polymerizačné reakcie na vytvorenie týchto biomolekúl a ich degradácia skutočnými reakciami života. Nukleové kyseliny sú zložkami DNA a RNA. Skladajú sa z kyselina fosforečnámonosacharid (deoxyribóza alebo ribóza) a štyri dusíkaté základy. Kyselina fosforečná, cukor a dusík každá báza je zostavená za vzniku nukleotidu. Nukleové kyseliny zase pozostávajú z reťazcov nukleotidov usporiadaných za sebou. DNA obsahuje deoxyribózu a RNA obsahuje ribóza v rámci cukor molekula. Jednotlivé nukleotidy sa líšia iba svojimi dusík základňa. Tri po sebe nasledujúce nukleotidy, každý kóduje jednu aminokyselinu ako triplet. Sekvencia nukleotidov teda predstavuje genetický kód. Genetický kód uložený v DNA sa prenáša do RNA zložitými mechanizmami. RNA je potom zodpovedná za syntézu proteínov s fixnou aminokyselinovou sekvenciou. Určité časti v DNA (gény) tak kódujú zodpovedajúce proteíny. Každý proteín má v tele špecifickú funkciu. Existujú teda svalové bielkoviny, bielkoviny z spojivové tkanivo, imunoglobulínypeptid hormóny or enzýmy. Za každý metabolický krok je zase zodpovedný špeciálny enzým so špecifickým zložením. To už ukazuje, aké dôležité sú presne koordinované polymerizačné reakcie pre tvorbu nukleových kyselín a proteínov pre plynulé biochemické procesy v organizme. Napríklad enzýmy musí mať správnu aminokyselinovú sekvenciu, aby mohla katalyzovať konkrétny reakčný krok v metabolizme, za ktorý sú zodpovedné. Okrem bielkovín a nukleových kyselín polysacharidy sú tiež dôležité biopolyméry v organizme. V rastlinách často plnia podporné funkcie. Ďalej tiež ukladajú energiu. Škrob v zemiakoch je napríklad rezervná látka, ktorá sa používa na výrobu energie počas klíčenia. Ľudia tiež ukladajú glykogén v pečeň a svaly na uspokojenie energetických potrieb v období obmedzenia jedla alebo intenzívnej fyzickej aktivity. Glykogén, podobne ako škrob, je polymér a je tvorený z monoméru glukóza.
Choroby a choroby
Poruchy biologických polymerizačných reakcií môžu viesť na významné zdravie problémy. Ako už bolo spomenuté, nukleové kyseliny sú dôležitými biopolymérmi. Keď chemické procesy menia postupnosť určitých dusíkatých látok základy, je prítomná takzvaná mutácia. Zmutované gen pokračuje v kódovaní proteínov, ale mení sa ich poradie aminokyselín. Takto upravené proteíny už nemôžu v postihnutých bunkách správne plniť svoju funkciu. Toto môže viesť k metabolickým poruchám, pretože môže zlyhať enzým. Avšak imunoglobulíny môžu byť tiež zmenené. V tomto prípade sa vyskytujú imunodeficiencie. Zmeny môžu mať samozrejme vplyv aj na štrukturálne proteíny s mnohými rôznymi prejavmi a príznakmi. Mutácie sa často prenášajú aj na potomkov. V priebehu života sa opakovane vyskytujú chyby v reprodukcii genetického kódu. Vo väčšine prípadov sú postihnuté bunky tela zničené imunitný systém. To však nie je vždy úspešné. V niektorých prípadoch sa tieto bunky vyvinú do rakovina napríklad bunky a ich rast ohrozuje celý organizmus. Mnoho ďalších degeneratívnych chorôb, ako napr artérioskleróza, reumatické sťažnosti alebo autoimunitné ochorenia, možno tiež vysledovať poruchy syntézy biopolymérov. Dokonca aj syntéza glykogénu, polysacharidu v pečeň a svaly, môžu byť chybné. Napríklad existujú choroby ukladania glykogénu s abnormálne zmeneným glykogénom molekuly, ktoré môžu byť zase spôsobené chybným enzýmy. Abnormálny glykogén sa už nemôže rozkladať a naďalej sa hromadí v pečeň.
