Polimerizáció jellemzi a polimerek képződését monomerekből. A kémia és a biológia területén különböző típusú polimerizációk léteznek. Szervezetekben polimerizációs reakciók zajlanak le biopolimerek képződésére, mint pl fehérjék, nukleinsavakvagy poliszacharidok.
Mi a polimerizáció?
A polimerizációs reakciók az organizmusokban olyan biopolimerek keletkeznek, mint pl fehérjék or nukleinsavak. Nukleinsavak a DNS és az RNS komponensei. A polimerizáció gyűjtőfogalom a polimerek alacsony molekulatömegű monomerekből történő képződésére. A polimerizációs reakciók mind a kémia, mind a biológia területén nagy szerepet játszanak. A polimerek nagy molekulájú anyagok, amelyek bizonyos alapvető építőelemekből állnak. Ezek az alapvető építőelemek, más néven monomerek, a polimerizáció során felhalmozódnak és nagy molekulájú láncokat képeznek. A polimerek lehetnek azonos vagy különböző monomerek. A kémia területén például poliészter, polietilén, polivinil klorid (PVC) vagy más műanyagok polimerként ismertek. A biológiában fehérjék, nukleáris savak or poliszacharidok rendkívül összetett biopolimereket képviselnek. A kémiai területen különböző típusú polimerizációs reakciók léteznek. Megkülönböztetünk láncnövekedési reakciókat és lépcsős növekedési reakciókat. Láncnövekedési reakciókban egy kezdeti reakció után további monomerek kötődnek folyamatosan az aktivált lánchoz. Ez láncnövekedéshez vezet. A lépésenkénti növekedési reakciókban az érintett monomereknek legalább két funkcionális csoportot kell tartalmazniuk. Nincs folyamatos láncnövekedés, de először dimerek, trimerek vagy oligomerek képződnek, amelyek később hosszabb láncot alkotnak. A tipikus növekedési reakciók addíciós vagy kondenzációs reakciók formájában jelentkeznek. A biopolimerek képződése azonban a biológiai rendszerekben sokkal bonyolultabb. Sokféle reakciólépést igényel. Például fehérjék vagy nukleinek képződése savak csak sablonok segítségével történik. A genetikai kódban a nitrogén bázisok a nukleárisban savak van megadva. Ezek viszont kódolják a sorrendet aminosavak az egyes fehérjékben.
Funkció és feladat
A polimerizációk kiemelkedő szerepet játszanak az összes biológiai rendszerben baktériumok, gombák, növények és állatok (beleértve az embereket is). Így elsősorban a fehérjék és a nukleinsavak az élet előfeltételei. Lényegében ezeknek a biomolekuláknak a kialakulásához szükséges polimerizációs reakciók és lebomlásuk az élet tényleges reakciója. A nukleinsavak a DNS és az RNS komponensei. Ezekből állnak foszforsav, monoszukar (dezoxiribóz vagy ribóz) és négy nitrogénatom bázisok. Foszforsav, cukor és egy nitrogén bázisokat egy-egy nukleotid képződik. A nukleinsavak pedig egymás után elrendezett nukleotidláncokból állnak. A DNS dezoxiribózt és az RNS tartalmaz ribóz mint cukor molekula. Az egyes nukleotidok csak azokban különböznek nitrogén bázis. Mindhárom egymást követő nukleotid egy-egy aminosavat kódol triplettként. Így a nukleotidok szekvenciája képviseli a genetikai kódot. A DNS-ben lefektetett genetikai kód bonyolult mechanizmusok révén kerül az RNS-be. Ezután az RNS felelős a rögzített aminosav-szekvenciájú fehérjék szintéziséért. A DNS bizonyos szakaszai (gének) így kódolják a megfelelő fehérjéket. Minden fehérje sajátos funkcióval rendelkezik a szervezetben. Így vannak izomfehérjék, a kötőszöveti, immunglobulinok, peptid hormonok or enzimek. Viszont minden anyagcsere-lépésért egy speciális, meghatározott összetételű enzim felel. Ez már megmutatja, hogy a nukleinsavak és fehérjék felépítéséhez szükséges, pontosan összehangolt polimerizációs reakciók mennyire fontosak a szervezet sima biokémiai folyamatai szempontjából. Például a enzimek megfelelő aminosav-szekvenciával kell rendelkeznie ahhoz, hogy képes legyen katalizálni a felelős anyagcserében a specifikus reakciólépést. A fehérjék és a nukleinsavak mellett poliszacharidok szintén fontos biopolimerek a szervezetben. A növényekben gyakran támogató funkciókat látnak el. Továbbá energiát is tárolnak. A burgonyában lévő keményítő például egy tartalékanyag, amelyet a csírázás során energiára termelnek. Az emberek glikogént is tárolnak a máj és izmok az energiaigény kielégítésére az élelmiszer-korlátozás vagy az intenzív fizikai aktivitás időszakában. A glikogén, csakúgy, mint a keményítő, polimer, és a monomerből képződik szőlőcukor.
Betegségek és betegségek
A biológiai polimerizációs reakciók megzavarása lehet vezet jelentősre Egészség problémák. Mint korábban említettük, a nukleinsavak fontos biopolimerek. Amikor a kémiai folyamatok megváltoztatják bizonyos nitrogénatomok szekvenciáját bázisok, úgynevezett mutáció van jelen. A mutált gén továbbra is kódolja a fehérjéket, de aminosav-sorrendjük megváltozik. Az így megváltozott fehérjék már nem képesek megfelelően ellátni funkciójukat az érintett sejtekben. Ez lehet vezet anyagcserezavarokra, mivel egy enzim kudarcot vallhat. Azonban a immunglobulinok szintén megváltoztatható. Ebben az esetben immunhiány jelentkezik. Természetesen a strukturális fehérjéket is érinthetik a változások, sokféle megnyilvánulással és tünettel. A mutációkat gyakran továbbadják az utódoknak is. Az élet során újra és újra előfordulnak hibák a genetikai kód reprodukciójában. A legtöbb esetben az érintett testsejteket a immunrendszer. Ez azonban nem mindig sikeres. Bizonyos esetekben ezekből a sejtekből fejlődik ki rák sejtek, és növekedésük az egész szervezetet veszélyezteti. Sok más degeneratív betegség, mint pl érelmeszesedés, reumatikus panaszok ill autoimmun betegségek, a biopolimerek szintézisének zavaraira is visszavezethető. Még a glikogén, a poliszacharid szintézise a máj és izmok, hibásak lehetnek. Például vannak olyan glikogén-tároló betegségek, amelyekben abnormálisan megváltozott a glikogén molekulák, amit viszont hibás okozhat enzimek. A kóros glikogén már nem bontható le, és továbbra is felhalmozódik a máj.
