En polymerisering karakteriserer dannelsen av polymerer fra monomerer. I kjemi og biologi er det forskjellige typer polymerisasjoner. I organismer finner polymerisasjonsreaksjoner sted for å danne biopolymerer som proteiner, nukleinsyrereller polysakkarider.
Hva er polymerisering?
Polymeriseringsreaksjoner finner sted i organismer for å danne biopolymerer som proteiner or nukleinsyrer. Nukleinsyrer er komponenter i DNA og RNA. Polymerisering er en samlebetegnelse for dannelse av polymerer fra monomerer med lav molekylvekt. Polymeriseringsreaksjoner spiller en viktig rolle i både kjemi og biologi. Polymerer er høymolekylære stoffer som består av visse grunnleggende byggesteiner. Disse grunnleggende byggesteinene, også kalt monomerer, akkumuleres under polymerisasjon og danner høymolekylære kjeder. Polymerer kan være sammensatt av de samme eller forskjellige monomerer. I kjemi, for eksempel polyester, polyetylen, polyvinyl klorid (PVC) eller annen plast er kjent som polymerer. I biologi, proteiner, nuklein syrer or polysakkarider representerer svært komplekse biopolymerer. I det kjemiske feltet er det forskjellige typer polymeriseringsreaksjoner. Kjedevekstreaksjoner og trinnvekstreaksjoner skilles ut. I kjedevekstreaksjoner, etter en innledende reaksjon, binder ytterligere monomerer konstant til den aktiverte kjeden. Dette fører til kjedevekst. I trinnvekstreaksjoner må de involverte monomerene ha minst to funksjonelle grupper. Det er ingen kontinuerlig kjedevekst, men først dannes dimerer, trimere eller oligomerer, som senere kombineres for å danne en lengre kjede. Typiske trinnvekstreaksjoner har form av tilsetnings- eller kondensasjonsreaksjoner. Imidlertid er dannelsen av biopolymerer i biologiske systemer mye mer komplisert. Det krever mange forskjellige reaksjonstrinn. For eksempel dannelsen av proteiner eller nukleinsyre syrer bare skjer ved hjelp av maler. I den genetiske koden, sekvensen av nitrogen baser i kjernen syrer er spesifisert. Disse koder i sin tur sekvensen til aminosyrer i de enkelte proteinene.
Funksjon og oppgave
Polymeriseringer spiller en fremtredende rolle i alle biologiske systemer av bakterie, sopp, planter og dyr (inkludert mennesker). Dermed er proteiner og nukleinsyrer forutsetningen for livet i utgangspunktet. I hovedsak er polymeriseringsreaksjonene for å danne disse biomolekylene og deres nedbrytning livets faktiske reaksjoner. Nukleinsyrer er komponenter i DNA og RNA. De er sammensatt av fosforsyre, en monosukker (deoksyribose eller ribose), og fire nitrogenholdige baser. Fosforsyre, sukker og en nitrogen basen er hver samlet for å danne et nukleotid. Nukleinsyrene består i sin tur av kjeder av nukleotider ordnet på rad. DNA inneholder deoksyribose og RNA inneholder ribose som en sukker molekyl. De enkelte nukleotidene adskiller seg bare i deres nitrogen utgangspunkt. Tre påfølgende nukleotider koder hver for en aminosyre som en triplett. Dermed representerer sekvensen til nukleotidene den genetiske koden. Den genetiske koden som er nedfelt i DNA overføres til RNA via kompliserte mekanismer. RNA er deretter i sin tur ansvarlig for syntesen av proteiner med en fast aminosyresekvens. Enkelte seksjoner i DNA (gener) koder dermed for de tilsvarende proteiner. Hvert protein har en bestemt funksjon i organismen. Dermed er det muskelproteiner, proteiner av bindevev, immunoglobuliner, peptid hormoner or enzymer. I sin tur er et spesielt enzym med en spesifikk sammensetning ansvarlig for hvert metabolske trinn. Dette viser allerede hvor viktig nøyaktig koordinerte polymerisasjonsreaksjoner for å bygge nukleinsyrer og proteiner er for de glatte biokjemiske prosessene i organismen. For eksempel enzymer må ha riktig aminosyresekvens for å kunne katalysere det spesifikke reaksjonstrinnet i stoffskiftet som de er ansvarlige for. I tillegg til proteiner og nukleinsyrer, polysakkarider er også viktige biopolymerer i organismen. I planter utfører de ofte støttefunksjoner. Videre lagrer de også energi. Stivelse i poteter er for eksempel et reservestoff som brukes til å generere energi under spiring. Mennesker lagrer også glykogen i leveren og muskler for å dekke energibehov i perioder med matbegrensning eller intens fysisk aktivitet. Glykogen, som stivelse, er en polymer og dannes fra monomeren glukose.
Sykdommer og plager
Forstyrrelser i biologiske polymerisasjonsreaksjoner kan føre til betydelig Helse problemer. Som nevnt tidligere er nukleinsyrer viktige biopolymerer. Når kjemiske prosesser endrer sekvensen av visse nitrogenholdige stoffer baser, er en såkalt mutasjon til stede. Den muterte gen fortsetter å kode proteiner, men deres aminosyrerekkefølge endres. Proteinene som er endret på denne måten kan ikke lenger oppfylle sin funksjon riktig i de berørte cellene. Dette kan føre til metabolske forstyrrelser, siden et enzym kan mislykkes. Imidlertid, den immunoglobuliner kan også endres. I dette tilfellet oppstår immunsvikt. Selvfølgelig kan strukturelle proteiner også påvirkes av endringene, med mange forskjellige manifestasjoner og symptomer. Mutasjonene overføres ofte også til avkommet. I løpet av livet oppstår feil i reproduksjonen av den genetiske koden igjen og igjen. I de fleste tilfeller blir de berørte kroppens celler ødelagt av immunsystem. Dette er imidlertid ikke alltid vellykket. I noen tilfeller utvikler disse cellene seg til kreft celler, for eksempel, og deres vekst truer hele organismen. Mange andre degenerative sykdommer, som f.eks arteriosklerose, revmatiske klager eller autoimmune sykdommer, kan også spores tilbake til forstyrrelser i syntesen av biopolymerer. Selv syntesen av glykogen, polysakkaridet i leveren og muskler, kan være defekte. For eksempel er det glykogenlagringssykdommer med unormalt endret glykogen molekyler, som igjen kan være forårsaket av mangler enzymer. Det unormale glykogenet kan ikke lenger brytes ned og fortsetter å akkumuleres i leveren.
