Een polymerisatie kenmerkt de vorming van polymeren uit monomeren. In de chemie en biologie zijn er verschillende soorten polymerisaties. In organismen vinden polymerisatiereacties plaats om biopolymeren te vormen zoals eiwitten, nucleïnezurenof polysacchariden.
Wat is polymerisatie?
Polymerisatiereacties vinden plaats in organismen om biopolymeren te vormen zoals eiwitten or nucleïnezuren. Nucleïnezuren zijn componenten van DNA en RNA. Polymerisatie is een verzamelnaam voor de vorming van polymeren uit monomeren met een laag molecuulgewicht. Polymerisatiereacties spelen een belangrijke rol in zowel de chemie als de biologie. Polymeren zijn hoogmoleculaire stoffen die uit bepaalde basisbouwstenen bestaan. Deze basisbouwstenen, ook wel monomeren genoemd, stapelen zich op tijdens polymerisatie en vormen hoogmoleculaire ketens. Polymeren kunnen uit dezelfde of verschillende monomeren zijn samengesteld. In de chemie bijvoorbeeld polyester, polyethyleen, polyvinyl chloride (PVC) of andere kunststoffen staan bekend als polymeren. In de biologie, eiwittennucleïnezuur zuren or polysacchariden vertegenwoordigen zeer complexe biopolymeren. Op chemisch gebied zijn er verschillende soorten polymerisatiereacties. Er wordt onderscheid gemaakt tussen kettinggroeireacties en stapgroeireacties. Bij kettinggroeireacties binden andere monomeren zich na een eerste reactie constant aan de geactiveerde keten. Dit leidt tot kettinggroei. Bij stapsgewijze groeireacties moeten de betrokken monomeren ten minste twee functionele groepen hebben. Er is geen continue ketengroei, maar eerst worden dimeren, trimeren of oligomeren gevormd, die later samen een langere keten vormen. Typische stapsgewijze groeireacties nemen de vorm aan van additie- of condensatiereacties. De vorming van biopolymeren in biologische systemen is echter veel gecompliceerder. Het vereist veel verschillende reactiestappen. Bijvoorbeeld de vorming van eiwitten of nucleïnezuur zuren vindt alleen plaats met behulp van sjablonen. In de genetische code is de volgorde van de stikstof bases in de nucleïnezuur zuren is gespecificeerd. Deze coderen op hun beurt de volgorde van aminozuren in de individuele eiwitten.
Functie en taak
Polymerisaties spelen een prominente rol in alle biologische systemen van bacteriën, schimmels, planten en dieren (inclusief mensen). Eiwitten en nucleïnezuren zijn dus in de eerste plaats de eerste vereiste voor leven. In wezen zijn de polymerisatiereacties om deze biomoleculen te vormen en hun afbraak de feitelijke reacties van het leven. Nucleïnezuren zijn componenten van DNA en RNA. Ze zijn samengesteld uit fosforzuur, een monosuiker (deoxyribose of ribose), en vier stikstofhoudende bases. Fosforzuur, suiker en stikstof base worden elk geassembleerd om een nucleotide te vormen. De nucleïnezuren bestaan op hun beurt uit ketens van nucleotiden die in een rij zijn gerangschikt. DNA bevat deoxyribose en RNA bevat ribose een suiker molecuul. De individuele nucleotiden verschillen alleen in hun stikstof baseren. Drie opeenvolgende nucleotiden coderen elk voor één aminozuur als een triplet. De volgorde van de nucleotiden vertegenwoordigt dus de genetische code. De genetische code die in het DNA is vastgelegd, wordt via ingewikkelde mechanismen overgebracht naar het RNA. Het RNA is dan op zijn beurt verantwoordelijk voor de synthese van eiwitten met een vaste aminozuursequentie. Bepaalde secties in het DNA (genen) coderen dus voor de overeenkomstige eiwitten. Elk eiwit heeft een specifieke functie in het organisme. Er zijn dus spiereiwitten, eiwitten van de bindweefsel, immunoglobulinen, peptide hormonen or enzymen Op zijn beurt is een speciaal enzym met een specifieke samenstelling verantwoordelijk voor elke metabolische stap. Dit toont al aan hoe belangrijk nauwkeurig gecoördineerde polymerisatiereacties voor de opbouw van nucleïnezuren en eiwitten zijn voor de soepele biochemische processen in het organisme. Bijvoorbeeld de enzymen moeten de juiste aminozuursequentie hebben om de specifieke reactiestap in het metabolisme waarvoor ze verantwoordelijk zijn, te kunnen katalyseren. Naast eiwitten en nucleïnezuren, polysacchariden zijn ook belangrijke biopolymeren in het organisme. In planten vervullen ze vaak ondersteunende functies. Bovendien slaan ze ook energie op. Zetmeel in aardappelen is bijvoorbeeld een reservestof die wordt gebruikt om energie op te wekken tijdens het kiemen. lever en spieren om aan de energiebehoeften te voldoen tijdens perioden van voedselbeperking of intense fysieke activiteit. Glycogeen is, net als zetmeel, een polymeer en wordt gevormd uit het monomeer glucose.
Ziekten en kwalen
Storingen in biologische polymerisatiereacties kunnen leiden te significant volksgezondheid problemen. Zoals eerder vermeld, zijn nucleïnezuren belangrijke biopolymeren. Wanneer chemische processen de volgorde van bepaalde stikstofatomen veranderen basesis er een zogenaamde mutatie aanwezig. Het gemuteerde gen blijft coderen voor eiwitten, maar hun aminozuurvolgorde verandert. De zo veranderde eiwitten kunnen hun functie in de aangetaste cellen niet meer goed vervullen. Dit kan leiden stofwisselingsstoornissen, aangezien een enzym kan falen. echter, de immunoglobulinen kan ook worden gewijzigd. In dit geval treden immunodeficiënties op. Natuurlijk kunnen structurele eiwitten ook worden beïnvloed door de veranderingen, met veel verschillende manifestaties en symptomen. De mutaties worden vaak ook doorgegeven aan het nageslacht. In de loop van het leven komen fouten in de reproductie van de genetische code steeds weer voor. In de meeste gevallen worden de aangetaste lichaamscellen vernietigd door de immuunsysteem Dit lukt echter niet altijd. In sommige gevallen ontwikkelen deze cellen zich tot kanker cellen bijvoorbeeld, en hun groei vormt een bedreiging voor het hele organisme. Veel andere degeneratieve ziekten, zoals arteriosclerose, reumatische klachten of autoimmuunziekten, kunnen ook worden teruggevoerd op verstoringen in de synthese van biopolymeren. Zelfs de synthese van glycogeen, het polysaccharide in de lever en spieren, kunnen defect zijn. Er zijn bijvoorbeeld glycogeenstapelingsziekten met abnormaal veranderd glycogeen moleculen, die op hun beurt kunnen worden veroorzaakt door defect enzymen Het abnormale glycogeen kan niet meer worden afgebroken en blijft zich ophopen in de lever.
