Polymerace charakterizuje tvorbu polymerů z monomerů. V chemii a biologii existují různé typy polymerací. V organismech probíhají polymerační reakce za vzniku biopolymerů, jako jsou Proteinů, nukleové kyselinynebo polysacharidy.
Co je to polymerace?
Polymerizační reakce probíhají v organismech za vzniku biopolymerů, jako je např Proteinů or nukleové kyseliny. Nukleové kyseliny jsou složkami DNA a RNA. Polymerizace je souhrnný termín pro tvorbu polymerů z nízkomolekulárních monomerů. Polymerizační reakce hrají hlavní roli jak v chemii, tak v biologii. Polymery jsou vysokomolekulární látky, které se skládají z určitých základních stavebních bloků. Tyto základní stavební kameny, nazývané také monomery, se hromadí během polymerace a tvoří vysokomolekulární řetězce. Polymery mohou být složeny ze stejných nebo různých monomerů. V chemii například polyester, polyethylen, polyvinyl chlorid (PVC) nebo jiné plasty jsou známé jako polymery. V biologii Proteinů, nukleová kyseliny or polysacharidy představují vysoce komplexní biopolymery. V chemickém poli existují různé typy polymeračních reakcí. Rozlišují se reakce řetězového růstu a reakce krokového růstu. V reakcích růstu řetězce se po počáteční reakci další monomery neustále váží na aktivovaný řetězec. To vede k růstu řetězce. Při krokových růstových reakcích musí mít monomery alespoň dvě funkční skupiny. Nedochází k nepřetržitému růstu řetězce, ale nejdříve se vytvoří dimery, trimery nebo oligomery, které se později spojí a vytvoří delší řetězec. Typické krokové růstové reakce mají formu adičních nebo kondenzačních reakcí. Tvorba biopolymerů v biologických systémech je však mnohem komplikovanější. Vyžaduje mnoho různých reakčních kroků. Například tvorba proteinů nebo nukleových kyseliny probíhá pouze pomocí šablon. V genetickém kódu je sekvence dusík základy v jádře kyseliny je specifikováno. Ty zase kódují sekvenci aminokyseliny v jednotlivých bílkovinách.
Funkce a úkol
Polymerizace hrají prominentní roli ve všech biologických systémech bakterie, houby, rostliny a zvířata (včetně lidí). Proteiny a nukleové kyseliny jsou tedy především předpokladem pro život. V podstatě jsou polymerační reakce za vzniku těchto biomolekul a jejich degradace skutečnými reakcemi života. Nukleové kyseliny jsou složkami DNA a RNA. Skládají se z kyselina fosforečnámonosacharid (deoxyribóza nebo želatina) a čtyři dusíkaté základy. Kyselina fosforečná, cukr a dusík každá báze je sestavena za vzniku nukleotidu. Nukleové kyseliny se zase skládají z řetězců nukleotidů uspořádaných v řadě. DNA obsahuje deoxyribózu a RNA obsahuje želatina jako cukr molekula. Jednotlivé nukleotidy se liší pouze svými dusík základna. Tři po sobě jdoucí nukleotidy, každý kóduje jednu aminokyselinu jako triplet. Sekvence nukleotidů tedy představuje genetický kód. Genetický kód uložený v DNA se přenáší do RNA pomocí komplikovaných mechanismů. RNA je pak zase zodpovědná za syntézu proteinů s fixní aminokyselinovou sekvencí. Určité části DNA (geny) tedy kódují odpovídající proteiny. Každý protein má v organismu specifickou funkci. Existují tedy svalové bílkoviny, bílkoviny z pojivové tkáně, imunoglobuliny, peptid hormonů or enzymy. Na druhé straně je za každý metabolický krok zodpovědný speciální enzym se specifickým složením. To již ukazuje, jak důležité jsou přesně koordinované polymerační reakce pro tvorbu nukleových kyselin a proteinů pro hladké biochemické procesy v organismu. Například enzymy musí mít správnou aminokyselinovou sekvenci, aby bylo možné katalyzovat konkrétní reakční krok v metabolismu, za který jsou odpovědní. Kromě bílkovin a nukleových kyselin polysacharidy jsou také důležité biopolymery v organismu. V rostlinách často plní podpůrné funkce. Kromě toho také ukládají energii. Škrob v bramborách je například rezervní látka, která se používá k výrobě energie během klíčení. Lidé také ukládají glykogen v játra a svaly k uspokojení energetických potřeb během období omezení jídla nebo intenzivní fyzické aktivity. Glykogen, stejně jako škrob, je polymer a je tvořen z monomeru glukóza.
Nemoci a nemoci
Narušení biologických polymeračních reakcí může vést na významné zdraví problémy. Jak již bylo zmíněno dříve, nukleové kyseliny jsou důležitými biopolymery. Když chemické procesy mění sekvenci určitých dusíkatých látek základyje přítomna tzv. mutace. Zmutovaný gen pokračuje v kódování proteinů, ale jejich pořadí aminokyselin se mění. Takto změněné proteiny již nemohou v postižených buňkách správně plnit svoji funkci. To může vést k metabolickým poruchám, protože enzym může selhat. Nicméně imunoglobuliny mohou být také změněny. V tomto případě dochází k imunodeficienci. Změny mohou být samozřejmě ovlivněny také strukturální proteiny s mnoha různými projevy a příznaky. Mutace se často přenášejí i na potomky. V průběhu života se chyby v reprodukci genetického kódu vyskytují znovu a znovu. Ve většině případů jsou postižené buňky těla zničeny imunitní systém. To však není vždy úspěšné. V některých případech se z těchto buněk vyvine rakovina například buňky a jejich růst ohrožuje celý organismus. Mnoho dalších degenerativních onemocnění, jako je arterioskleróza, revmatické stížnosti nebo autoimunitní onemocnění, lze také vysledovat zpět k poruchám v syntéze biopolymerů. Dokonce i syntéza glykogenu, polysacharidu v játra a svaly, mohou být vadné. Například existují nemoci skladování glykogenu s abnormálně změněným glykogenem molekuly, což může být zase způsobeno vadným enzymy. Abnormální glykogen již nelze rozložit a nadále se hromadí v játra.
