Polümerisatsioon iseloomustab polümeeride moodustumist monomeeridest. Keemias ja bioloogias on polümerisatsioone erinevat tüüpi. Organismides toimuvad polümerisatsioonireaktsioonid selliste biopolümeeride moodustamiseks nagu valgud, nukleiinhappedvõi polüsahhariidid.
Mis on polümerisatsioon?
Organisatsioonides toimuvad polümerisatsioonireaktsioonid, moodustades selliseid biopolümeere nagu valgud or nukleiinhapped. Nukleiinhapped on DNA ja RNA komponendid. Polümerisatsioon on kollektiivne mõiste polümeeride moodustamiseks madala molekulmassiga monomeeridest. Polümerisatsioonireaktsioonid mängivad suurt rolli nii keemias kui ka bioloogias. Polümeerid on kõrgmolekulaarsed ained, mis koosnevad teatud põhilistest ehitusplokkidest. Need põhilised ehitusplokid, mida nimetatakse ka monomeerideks, akumuleeruvad polümerisatsiooni käigus ja moodustavad kõrgmolekulaarsed ahelad. Polümeerid võivad koosneda samadest või erinevatest monomeeridest. Keemias näiteks polüester, polüetüleen, polüvinüül kloriid (PVC) või muud plastikud on tuntud kui polümeerid. Bioloogias valgud, nukleiinne happed or polüsahhariidid esindavad väga keerukaid biopolümeere. Keemilises valdkonnas on polümerisatsioonireaktsioone erinevat tüüpi. Eristatakse ahela kasvureaktsioone ja astmelisi kasvureaktsioone. Ahela kasvureaktsioonides seonduvad pärast esialgset reaktsiooni aktiveeritud ahelaga pidevalt järgmised monomeerid. See viib ahela kasvuni. Kasvureaktsioonides peavad kaasatud monomeeridel olema vähemalt kaks funktsionaalset rühma. Pidevat ahela kasvu ei toimu, kuid kõigepealt moodustuvad dimeerid, trimerid või oligomeerid, mis hiljem ühendavad pikema ahela. Tüüpilised astmelised kasvureaktsioonid toimuvad liitumis- või kondensatsioonireaktsioonide kujul. Biopolümeeride moodustumine bioloogilistes süsteemides on aga palju keerulisem. See nõuab palju erinevaid reaktsioonietappe. Näiteks valkude või nukleiinide moodustumine happed toimub ainult mallide abil. Geneetilises koodis on järjestus lämmastik alused tuumas happed on täpsustatud. Need omakorda kodeerivad järjestuse aminohapped üksikutes valkudes.
Funktsioon ja ülesanne
Polümerisatsioonidel on silmapaistev roll kõigis bioloogilistes süsteemides bakterid, seened, taimed ja loomad (sealhulgas inimesed). Seega on valgud ja nukleiinhapped ennekõike elu eelduseks. Põhimõtteliselt on polümerisatsioonireaktsioonid nende biomolekulide moodustamiseks ja nende lagunemine elu tegelikud reaktsioonid. Nukleiinhapped on DNA ja RNA komponendid. Need koosnevad fosforhappe, monosuhkur (desoksüriboos või riboos) ja neli lämmastikku alused. Fosforhappe, suhkur ja lämmastik alused on kokku pandud, moodustades nukleotiidi. Nukleiinhapped koosnevad omakorda järjestikku paigutatud nukleotiidide ahelatest. DNA sisaldab desoksüriboosi ja RNA sisaldab riboos kui suhkur molekul. Üksikud nukleotiidid erinevad ainult nende poolest lämmastik alus. Kolm järjestikust nukleotiidi kumbki kodeerib ühte aminohapet tripletina. Seega tähistab nukleotiidide järjestus geneetilist koodi. DNA-s sisalduv geneetiline kood kantakse RNA-le keeruliste mehhanismide kaudu. Seejärel vastutab RNA omakorda fikseeritud aminohappejärjestusega valkude sünteesi eest. Teatud lõigud DNA-s (geenid) kodeerivad seega vastavaid valke. Igal valgul on organismis spetsiifiline funktsioon. Seega on lihasvalke, sidekoe, immunoglobuliinid, peptiid hormoonid or ensüümide. Omakorda vastutab iga ainevahetusetapi eest spetsiaalne konkreetse koostisega ensüüm. See juba näitab, kui olulised on täpselt koordineeritud polümerisatsioonireaktsioonid nukleiinhapete ja valkude loomiseks organismi sujuvate biokeemiliste protsesside jaoks. Näiteks ensüümide peab olema õige aminohappejärjestus, et oleks võimalik katalüüsida konkreetset reaktsioonietappi ainevahetuses, mille eest nad vastutavad. Lisaks valkudele ja nukleiinhapetele polüsahhariidid on ka organismis olulised biopolümeerid. Taimedes täidavad nad sageli tugifunktsioone. Lisaks salvestavad nad ka energiat. Näiteks kartulites sisalduv tärklis on varuaine, mida kasutatakse võrsumisel energia saamiseks. Inimesed hoiavad glükogeeni ka maks ja lihased energiavajaduse rahuldamiseks toidupiirangute või intensiivse füüsilise koormuse perioodidel. Glükogeen, nagu tärklis, on polümeer ja moodustub monomeerist glükoos.
Haigused ja vaevused
Bioloogiliste polümerisatsioonireaktsioonide häired võivad viima oluliseks tervis probleeme. Nagu varem mainitud, on nukleiinhapped olulised biopolümeerid. Kui keemilised protsessid muudavad teatud lämmastiku järjestust alused, on olemas nn mutatsioon. Muteerunud geen kodeerib jätkuvalt valke, kuid nende aminohapete järjestus muutub. Sel viisil muudetud valgud ei suuda mõjutatud rakkudes enam oma funktsiooni korralikult täita. Seda saab viima ainevahetushäiretele, kuna ensüüm võib ebaõnnestuda. Siiski immunoglobuliinid võib ka muuta. Sellisel juhul ilmnevad immuunpuudulikkus. Muidugi võivad muutused mõjutada ka struktuurvalke, millel on palju erinevaid ilminguid ja sümptomeid. Mutatsioonid kanduvad sageli ka järglastele. Elu jooksul tekivad vigad geneetilise koodi taastootmisel ikka ja jälle. Enamikul juhtudel hävitavad kahjustatud keharakud immuunsüsteemi. See pole aga alati edukas. Mõnel juhul arenevad need rakud vähk näiteks rakud ja nende kasv ähvardab kogu organismi. Paljud muud degeneratiivsed haigused, näiteks arterioskleroos, reumaatilised kaebused või autoimmuunhaigused, võib jälgida ka häiretest biopolümeeride sünteesis. Isegi glükogeeni, polüsahhariidi süntees maks lihased, võivad olla defektsed. Näiteks on ebanormaalselt muutunud glükogeeniga glükogeeni salvestamise haigused molekulid, mis omakorda võib olla põhjustatud defektist ensüümide. Ebanormaalset glükogeeni ei saa enam lagundada ja see koguneb jätkuvalt maks.
