In Polymer Science , The pääketjun , joka polymeeri on pisin sekvenssi atomien kovalenttisesti sitoutunut yhdessä luovat jatkuvan ketjun molekyylin . Tämä tiede on jaettu kahteen osaan: tutkimuksen orgaanisten polymeerien, joka sisältää ainoastaan hiiltä luuranko , ja että epäorgaanisia polymeerejä, joiden luuranko sisältävät vain osia pääryhmän .
In biokemia , orgaaninen pääketjujen muodostavat kantavan rakenteen ja makromolekyylien . Näiden biologisten makromolekyylien rungot koostuvat kovalenttisesti kytkeytyneistä atomien keskiketjuista. Rungossa olevien monomeerien tähteiden ominaisuudet ja järjestys mahdollistavat kartan muodostamisen biologisten polymeerien monimutkaisesta rakenteesta (katso biomolekyylirakenne ). Luuranko on siis suoraan yhteydessä biologisten molekyylien toimintaan. Elimistössä läsnä olevat makromolekyylit voidaan jakaa neljään pääalaluokkaan, joista jokainen osallistuu hyvin erilaisiin mutta silti tärkeisiin biologisiin prosesseihin: proteiinit , hiilihydraatit , rasvat ja nukleiinihapot . Jokaisella näistä molekyyleistä on erilainen selkäranka ja ne koostuvat erilaisista monomeereistä, joilla kaikilla on erilliset tähteet ja toiminnot. Se on määräävä tekijä niiden erilaisille rakenteille ja toiminnoille kehossa. Vaikka rasvalla on "luuranko", ne eivät ole todellisia biologisia polymeerejä, koska niiden luuranko on yksi molekyyli kolmesta hiilestä, glyserolista , ja " sivuketjujen substituentit" ovat pidempiä . Tästä syystä vain proteiineja, hiilihydraatteja ja nukleiinihappoja tulisi pitää biologisina makromolekyyleinä, joilla on polymeerinen runko.
Luonnetta runkoketjun riippuu polymeroinnin: in polymerointi kasvun mukaan vaiheet , fragmentti on monomeeri tulee luuranko, ja niin selkäranka tyypillisesti toiminnallinen. Näitä ovat polytiofeenit tai matalan kaistanleveyden polymeerit orgaanisissa puolijohteissa . In ketjun kasvu polymeroinnin , sovelletaan yleensä alkeenien , selkäranka ei ole toimiva, mutta tekee toiminnallinen sivuketjuja tai sivuryhmiä.
Luonnetta selkäranka, eli sen joustavuus, määrittää termisen polymeerin ominaisuuksia (kuten lasi siirtyminen lämpötila). Esimerkiksi polysiloksaanit (silikoni), pääketjussa on erittäin joustava, mikä johtaa erittäin alhainen lasin siirtyminen lämpötilassa -123 ° C (-189 ° F; 150 K). Jäykän rungon omaavat polymeerit kiteytyvät (esim. Polytiofeenit ) ohuissa kalvoissa ja liuoksessa . Kiteytyminen puolestaan vaikuttaa polymeerien optisiin ominaisuuksiin, sen optiseen kaistaväliin ja elektronisiin tasoihin.
Biopolymeerirunkojen luonteeseen liittyy joitain yhtäläisyyksiä, mutta myös monia eroja . Kolmen erilaisen biologisen polymeerin runko: proteiinit , hiilihydraatit ja nukleiinihapot muodostuvat kondensaatioreaktiolla . Kondensaatioreaktiossa monomeerit liittyvät kovalenttisesti pienen molekyylin, useimmiten veden, menetykseen. Koska ne polymeroidaan monimutkaisilla entsymaattisilla mekanismeilla , mikään biopolymeerien rungoista ei muodostu poistamalla vettä vaan poistamalla muut pienet biologiset molekyylit. Kukin näistä biopolymeereistä voidaan luonnehtia joko heteropolymeeriksi , mikä tarkoittaa, että se koostuu useammasta kuin yhdestä pääketjun järjestetystä monomeeristä, tai homopolymeerinä, joka koostuu yhden monomeerin toistosta. Polypeptidit ja nukleiinihapot ovat hyvin usein heteropolymeerejä, kun taas tavalliset hiilihydraattimakromolekyylit, kuten glykogeeni, voivat olla homopolymeerejä. Tämä johtuu siitä, että peptidi- ja nukleotidimonomeerien kemialliset erot määräävät niiden polymeerien biologisen toiminnan, kun taas tavallisilla hiilihydraattimonomeereillä on yleinen tehtävä, kuten energian varastointi ja jakelu.
Proteiinit ovat tärkeitä biologisia molekyylejä, joilla on tärkeä rooli virusten , bakteerien ja eukaryoottisolujen rakenteessa ja toiminnassa . Niiden häkeissä on tunnusomaista amidisidoksilla muodostettu polymeroimalla välillä happoryhmät aminohappoon ja karboksyyli- liitetyllä hiilellä alfa kuhunkin kaksikymmentä aminohappoa . Nämä aminohapposekvenssit on käännetty solun mRNA: ista , jonka ribosomien on sytoplasmassa solun. Ribosomeilla on entsymaattinen aktiivisuus, joka ohjaa reaktiota kohti kondensaatiota, joka muodostaa amidisidoksen jokaisen peräkkäisen aminohapon välillä. Tämä tapahtuu biologisen prosessin aikana, jota kutsutaan käännöksi . Tässä entsymaattisessa mekanismissa kovalenttisesti sitoutunut tRNA- sukkula toimii lähtevänä ryhmänä kondensaatioreaktiossa. Äskettäin vapautunut tRNA voi "poimia" toisen peptidin ja osallistua jatkuvasti tähän reaktioon. Aminohapposekvenssi polypeptidirungossa tunnetaan proteiinin ensisijaisena rakenteena . Tämä primaarirakenne johtaa proteiinin taittumiseen sekundäärirakenteeseen , jonka muodostaa vetysidos karbonyylihapen ja rungossa olevien amiinivetyjen välillä. Lisävuorovaikutukset yksittäisten aminohappotähteiden välillä muodostavat proteiinin tertiäärisen rakenteen . Tästä syystä aminohappojen primaarirakenne polypeptidirungossa on proteiinin lopullinen rakennekartta ja osoittaa siten sen biologisen toiminnan. Luuston atomien avaruusasemat voidaan rekonstruoida alfa-hiilen asemista käyttämällä luuston rekonstruointia varten laskennallisia työkaluja.
HiilihydraatitHiilihydraateilla on monia rooleja kehossa, myös rakenneyksiköinä, entsyymikofaktoreina ja solujen pinnan tunnistuskohteina . Niiden päärooli on varastoida energiaa ja viedä se sitten solujen aineenvaihduntareiteille . Yksinkertaisimmat hiilihydraatit ovat ainutlaatuisia sokerijäämiä, joita kutsutaan monosakkarideiksi, kuten glukoosi , kehomme energiansiirtomolekyyli. Oligosakkaridit (korkeintaan 10 tähdettä) ja polysakkaridit (enintään noin 50000 tähdettä) koostuvat sakkariditähteistä, jotka on kytketty pääketjuun, jolle on tunnusomaista eetterisidos, joka tunnetaan glykosidisidoksena . Kehon muodostaman glykogeenin , energian varastointipolymeerin, aikana tämä glykosidisidos muodostuu glykogeenisyntaasin entsyymin avulla. Tämän entsymaattisen kondensaatioreaktion mekanismia ei ole tutkittu hyvin, mutta tiedetään, että UDP- molekyyli toimii väliliittimenä ja menetetään synteesissä. Nämä runkoketjut voivat olla haarautumattomia (sisältävät yhden suoran ketjun) tai haarautuneita (sisältävät useita ketjuja). Glykosidisidokset nimetään alfaksi tai beetaksi riippuen anomeerisen (tai eniten hapettuneen ) hiilen suhteellisesta stereokemiasta . Jos glykosidisidos on Fischerin projektiossa samalla puolella tai kasvot kuin yhteisen biologisen sakkaridin 6-hiili, hiilihydraatille viitataan beetana ja jos sidos on vastakkaisella puolella, siihen viitataan alfana . Perinteisessä " tuolirakenteen " projektiossa , jos sidos on samalla tasolla (ekvatoriaalinen tai aksiaalinen) kuin hiili 6, sitä kutsutaan beetaksi ja vastakkaiselle tasolle alfa . Tämä on havainnollistettu sakkaroosia (taulukko sokeri), joka sisältää alfa- sidos glukoosiksi ja beeta ja fruktoosi . Kehomme hajottamat hiilihydraatit ovat yleensä alfa- sidoksissa (esimerkki: glykogeeni ) ja rakenteellisen funktionaaliset ovat sitoutuneet beetaan (esimerkki: selluloosa ).
NukleiinihapotDeoksiribonukleiinihapolla (DNA) ja ribonukleiinihapolla (RNA) on suuri merkitys, koska ne koodaavat kaikkien soluproteiinien tuotantoa . Ne koostuvat monomeereistä, joita kutsutaan nukleotideiksi ja jotka koostuvat orgaanisesta emäksestä : A , G , C ja T tai U , pentoosisokerista ja fosfaattiryhmästä . Niillä on runkoja, joissa 3 'hiili riboosin sokeri on liittynyt fosfaatti ryhmän kautta fosfodiesterisidos . Tämä sidos muodostuu käyttämällä soluentsyymiluokkaa, jota kutsutaan polymeraaseiksi . Tässä entsymaattisessa kondensaatioreaktiossa kaikilla tulevilla nukleotideilla on trifosforyloitu riboosi, joka menettää pyrofosfaattiryhmän luodakseen sisäisen fosfodiesterisidoksen. Tämän reaktion aiheuttaa negatiivisen vapaan energian suuri muutos, joka liittyy pyrofosfaatin vapautumiseen. Emäsjärjestys nukleiinihapporungossa tunnetaan myös ensisijaisena rakenteena . Nukleiinihapot voivat olla miljoonia erilaisia nukleotideja, mikä johtaa elämän geneettiseen monimuotoisuuteen . Pohjat tulevat ulos selkäranka Pentoosi-fosfaatin polymeeri DNA, ja ne liittyvät on vety pareittain niiden täydentävät kumppanit (A T ja G C). Tämä luo kaksoiskierteen, jossa molemmilla puolilla on pentoosifosfaattirunkoja, muodostaen toissijaisen rakenteen .