Polimerizacija apibūdina polimerų susidarymą iš monomerų. Chemijoje ir biologijoje yra įvairių tipų polimerizacijų. Organizmuose vyksta polimerizacijos reakcijos, kad susidarytų tokie biopolimerai kaip baltymai, nukleorūgštysarba polisacharidai.
Kas yra polimerizacija?
Organizmuose vyksta polimerizacijos reakcijos, susidarant biopolimerams, tokiems kaip baltymai or nukleorūgštys. Nukleino rūgštys yra DNR ir RNR komponentai. Polimerizacija yra bendras polimerų susidarymo iš mažos molekulinės masės monomerų terminas. Polimerizacijos reakcijos vaidina svarbų vaidmenį tiek chemijoje, tiek biologijoje. Polimerai yra didelės molekulinės medžiagos, susidedančios iš tam tikrų pagrindinių statybinių elementų. Šie pagrindiniai statybiniai blokai, dar vadinami monomerais, kaupiasi polimerizacijos metu ir formuoja didelių molekulių grandines. Polimerai gali būti sudaryti iš tų pačių arba skirtingų monomerų. Chemijoje, pavyzdžiui, poliesteris, polietilenas, polivinilas chloridas (PVC) ar kiti plastikai yra žinomi kaip polimerai. Biologijoje baltymai, nukleinis rūgštys or polisacharidai atstovauja labai sudėtingiems biopolimerams. Chemijos srityje yra įvairių tipų polimerizacijos reakcijų. Skiriamos grandinės augimo reakcijos ir pakopinės augimo reakcijos. Vykdant grandinės augimo reakcijas, po pradinės reakcijos kiti monomerai nuolat jungiasi prie aktyvuotos grandinės. Tai veda prie grandinės augimo. Vykdant pakopinio augimo reakcijas, dalyvaujantys monomerai turi turėti bent dvi funkcines grupes. Nuolatinio grandinės augimo nėra, tačiau pirmiausia susidaro dimerai, trimeriai ar oligomerai, kurie vėliau sujungiami ir sudaro ilgesnę grandinę. Tipiškos pakopinės augimo reakcijos vyksta pridedant arba kondensuojant. Tačiau biopolimerų susidarymas biologinėse sistemose yra daug sudėtingesnis. Tam reikia daugybės skirtingų reakcijos etapų. Pavyzdžiui, baltymų ar nukleino susidarymas rūgštys vyksta tik šablonų pagalba. Genetiniame kode seka azotas bazės nukleike rūgštys yra nurodytas. Tai savo ruožtu koduoja seką amino rūgštys atskiruose baltymuose.
Funkcija ir užduotis
Polimerizacijos vaidina svarbų vaidmenį visose biologinėse sistemose bakterijos, grybai, augalai ir gyvūnai (įskaitant žmones). Taigi pirmiausia baltymai ir nukleorūgštys yra būtina gyvenimo sąlyga. Iš esmės polimerizacijos reakcijos susidarant šioms biomolekulėms ir jų skaidymas yra tikrosios gyvenimo reakcijos. Nukleorūgštys yra DNR ir RNR komponentai. Jie susideda iš fosforo rūgštis, monosugaras (dezoksiribozė arba ribozė) ir keturi azoto bazės. Fosforo rūgštis, cukrus ir azotas bazės yra surenkamos, kad susidarytų nukleotidas. Savo ruožtu nukleorūgštys susideda iš eilės išsidėsčiusių nukleotidų grandinių. DNR yra dezoksiribozė, o RNR yra ribozė kaip cukrus molekulė. Atskiri nukleotidai skiriasi tik jų azotas bazė. Trys vienas po kito einantys nukleotidai koduoja vieną aminorūgštį kaip tripletą. Taigi, nukleotidų seka atspindi genetinį kodą. DNR nustatytas genetinis kodas perduodamas į RNR sudėtingais mechanizmais. Tada RNR savo ruožtu yra atsakinga už baltymų, turinčių fiksuotą aminorūgščių seką, sintezę. Tam tikros DNR sekcijos (genai) koduoja atitinkamus baltymus. Kiekvienas baltymas organizme atlieka specifinę funkciją. Taigi yra raumenų baltymai, baltymai jungiamasis audinys, imunoglobulinai, peptidas hormonai or fermentai (enzimai). Savo ruožtu už kiekvieną medžiagų apykaitos etapą yra atsakingas specialus fermentas, turintis specifinę sudėtį. Tai jau parodo, kaip tiksliai koordinuotos polimerizacijos reakcijos yra svarbios sklandiems biocheminiams procesams organizme kurti nukleorūgštis ir baltymus. Pavyzdžiui, fermentai (enzimai) turi turėti teisingą aminorūgščių seką, kad galėtų katalizuoti specifinį metabolizmo, už kurį jie yra atsakingi, reakcijos etapą. Be baltymų ir nukleorūgščių, polisacharidai taip pat yra svarbūs organizmo biopolimerai. Augaluose jie dažnai atlieka pagalbines funkcijas. Be to, jie taip pat kaupia energiją. Pavyzdžiui, bulvėse esantis krakmolas yra rezervinė medžiaga, naudojama energijai generuoti daiginant. Žmonės taip pat kaupia glikogeną kepenys ir raumenys energijos poreikiams patenkinti maisto ribojimo ar intensyvaus fizinio krūvio metu. Glikogenas, kaip ir krakmolas, yra polimeras ir susidaro iš monomero gliukozė.
Ligos ir negalavimai
Biologinės polimerizacijos reakcijų sutrikimai gali vadovauti į reikšmingą sveikatai problemų. Kaip minėta anksčiau, nukleorūgštys yra svarbūs biopolimerai. Kai cheminiai procesai keičia tam tikros azoto seką bazės, yra vadinamoji mutacija. Mutuotas genas toliau koduoja baltymus, tačiau jų aminorūgščių tvarka keičiasi. Tokiu būdu pakeisti baltymai paveiktose ląstelėse nebegali tinkamai atlikti savo funkcijos. Tai gali vadovauti medžiagų apykaitos sutrikimams, nes fermentas gali nepavykti. Tačiau imunoglobulinai taip pat gali būti pakeista. Šiuo atveju atsiranda imunodeficitas. Be abejo, pokyčiai gali paveikti ir struktūrinius baltymus, turinčius daug skirtingų apraiškų ir simptomų. Mutacijos dažnai perduodamos ir palikuonims. Gyvenimo metu genetinio kodo atkūrimo klaidos pasikartoja vėl ir vėl. Daugeliu atvejų paveiktos kūno ląstelės sunaikinamos imuninė sistema. Tačiau tai ne visada pavyksta. Kai kuriais atvejais šios ląstelės išsivysto Vėžys pavyzdžiui, ląstelės, o jų augimas kelia grėsmę visam organizmui. Daugelis kitų degeneracinių ligų, tokių kaip arteriosklerozė, reumatiniai skundai ar autoimuninės ligos, taip pat galima atsekti į biopolimerų sintezės sutrikimus. Net glikogeno, polisacharido sintezė kepenys ir raumenys, gali būti brokuoti. Pavyzdžiui, yra glikogeno kaupimosi ligų, turinčių nenormaliai pakitusį glikogeną molekulės, o tai savo ruožtu gali sukelti trūkumai fermentai (enzimai). Nenormalus glikogenas nebegali būti skaidomas ir toliau kaupiasi kepenys.
