پلیمرهای زیستی: ساختار، انواع و کاربردها در موجودات زنده

پلیمرهای زیستی مولکول های بزرگی هستند که از مولکول های کوچکتر مشابه در یک زنجیره تشکیل شده اند. این مولکول های کوچکتر که به آن ها مونومر گفته می شود، به هم پیوسته و می توانند مولکول های غول پیکر یا پلیمرها را تشکیل دهند. این مولکول های بزرگ تر به عنوان ماکرومولکول ها نیز شناخته می شوند. پلیمرهای طبیعی برای ساخت بافت و سایر اجزا در موجودات زنده استفاده می شوند.

به طور کلی، همه ماکرومولکول ها از یک مجموعه کوچک تقریباً ۵۰ مونومر تولید می شوند. ماکرومولکول های مختلف به خاطر ترتیب این مونومرها متفاوت هستند. با تغییر توالی، تنوع زیادی از ماکرومولکول ها می تواند تولید شود. در حالی که پلیمرها مسئول «یگانه بودن» مولکولی یک موجود زنده هستند، مونومرهای مشترک تقریباً جهانی هستند.

تنوع در شکل ماکرومولکول ها به طور عمده ای مسئول تنوع مولکولی است. بسیاری از تنوع هایی که درون و در بین موجودات زنده وجود دارند، در نهایت می توانند به تفاوت های ماکرومولکول ها ارتباط داده شوند، که می توانند از سلول به سلول در همان موجود زنده و از یک گونه به گونه دیگر متفاوت باشند.

زیست مولکول ها

چهار نوع اساسی از ماکرومولکول های زیستی وجود دارد: کربوهیدرات ها، لیپیدها، پروتئین ها و اسیدهای نوکئیک. این پلیمرها از مونومرهای متفاوتی تشکیل شده و وظایف متفاوتی دارند.

• کربوهیدرات ها: مولکول هایی که از مونومرهای قند تشکیل شده اند و برای ذخیره انرژی ضروری هستند. کربوهیدرات ها همچنین به نام ساکاریدها شناخته می شوند و مونومرهای آن ها به نام مونو ساکاریدها نامیده می شوند. گلوکز یک مونو ساکارید مهم است که در طول تنفس سلولی تجزیه می شود و به عنوان منبع انرژی استفاده می شود. نشاسته نمونه ای از پلی ساکارید (تعدادی ساکارید لینک شده به یکدیگر) است و شکل ذخیره شده گلوکز در گیاهان می باشد.
• لیپیدها: مولکول های نامحلول در آب که به عنوان چربی ها، فسفولیپیدها، موم ها و استروئیدها طبقه بندی می شوند. اسیدهای چرب مونومرهای لیپید هستند که متشکل از یک زنجیره هیدروکربنی با یک گروه کربوکسیل متصل در انتها هستند. این اسیدهای چرب پلیمرهای پیچیده ای مانند تری گلیسریدها، فسفولیپیدها و موم ها را تشکیل می دهند. استروئیدها به عنوان پلیمرهای واقعی لیپید شناخته نمی شوند زیرا مولکول های آن ها زنجیره اسید چرب را تشکیل نمی دهند. در عوض، استروئیدها از چهار ساختار حلقه ای کربنی متصل به هم تشکیل شده اند. لیپیدها به ذخیره انرژی، حفاظت و پشتیبانی از اعضا، عایق سازی بدن و تشکیل غشای سلولی کمک می کنند.
• پروتئین ها: زیست مولکول هایی که قادر به تشکیل ساختارهای پیچیده هستند. پروتئین ها از مونومرهای اسیدآمینه تشکیل شده اند و دارای تنوع وسیعی از وظایف از جمله حمل و نقل مولکول ها و حرکت عضلات هستند. کلاژن، هموگلوبین، آنتی بادی ها و آنزیم ها از نمونه های پروتئین ها هستند.
• اسیدهای نوکئیک: مولکول هایی که از مونومرهای نوکلئوتید تشکیل شده و به هم پیوسته اند تا زنجیرهای پلی نوکلئوتید تشکیل دهند. DNA و RNA از نمونه های اسیدهای نوکئیک هستند. این مولکول ها حاوی دستورالعمل های لازم برای سنتز پروتئین هستند و به موجودات اجازه می دهند اطلاعات ژنتیکی را از نسلی به نسل دیگر منتقل کنند.

جمع آوری و تجزیه پلیمرها

در حالی که تنوعی بین انواع پلیمرهای زیستی یافت شده در موجودات مختلف وجود دارد، مکانیسم های شیمیایی برای جمع آوری و تجزیه آن ها در موجودات به طور عمده یکسان است.

مونومرها عموماً از طریق فرایندی به نام سنتز دهیدراسیون به یکدیگر پیوند داده می شوند، در حالی که پلیمرها از طریق فرایندی به نام هیدرولیز تجزیه می شوند. هر دو این واکنش های شیمیایی شامل آب هستند.

در سنتز دهیدراسیون، پیوندهایی ایجاد می شوند که نمایانگر مونومرها را به هم پیوند می دهد و در این حین مولکول های آب از دست می روند. در هیدرولیز، آب با یک پلیمر تعامل می کند و موجب تجزیه پیوندهای متصل کننده مونومرها به یکدیگر می شود.

پلیمرهای سنتزی

برخلاف پلیمرهای طبیعی که در طبیعت یافت می شوند، پلیمرهای سنتزی توسط انسان ساخته می شوند. آن ها از نفت خام تهیه می شوند و شامل نایلون، لاستیک های سنتزی، پلی استر، تفلون، پلی اتیلن و اپوکسی هستند.

پلیمرهای سنتزی کاربردهای متعددی دارند و به طور گسترده ای در محصولات خانگی استفاده می شوند، از جمله بطری ها، لوله ها، ظروف پلاستیکی، سیم های عایق دار، لباس ها، اسباب بازی ها و ماهیتابه های نچسب.