Τύποι μονομερών

Τα μονομερή αποτελούν τη βάση των μακρομορίων που συντηρούν τη ζωή και παρέχουν ανθρωπογενή υλικά. Τα μονομερή ομαδοποιούνται για να σχηματίσουν μακριές αλυσίδες μακρομορίων που ονομάζονται πολυμερή. Διάφορες αντιδράσεις οδηγούν σε πολυμερισμό, συνήθως μέσω καταλυτών. Πολλά παραδείγματα μονομερών υπάρχουν στη φύση ή χρησιμοποιούνται σε βιομηχανίες για τη δημιουργία νέων μακρομορίων.

TL;DR (Πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα; Δεν έχω διαβάσει)

Τα μονομερή είναι μικρά, μεμονωμένα μόρια. Όταν συνδυάζονται με άλλα μονομερή μέσω χημικών δεσμών, δημιουργούν πολυμερή. Τα πολυμερή υπάρχουν τόσο στη φύση, όπως στις πρωτεΐνες, όσο και μπορεί να είναι ανθρωπογενή, όπως στα πλαστικά.

Τι είναι τα μονομερή;

Τα μονομερή παρουσιάζονται ως μικρά μόρια. Αποτελούν τη βάση μεγαλύτερων μορίων μέσω χημικών δεσμών. Όταν αυτές οι μονάδες ενώνονται σε επανάληψη, σχηματίζεται ένα πολυμερές. Ο επιστήμονας Hermann Staudinger ανακάλυψε ότι τα μονομερή αποτελούν τα πολυμερή. Η ζωή στη Γη εξαρτάται από τους δεσμούς που δημιουργούν τα μονομερή με άλλα μονομερή. Τα μονομερή μπορούν να κατασκευαστούν τεχνητά σε πολυμερή, τα οποία κατά συνέπεια ενώνονται με άλλα μόρια στη διαδικασία που ονομάζεται πολυμερισμός. Οι άνθρωποι εκμεταλλεύονται αυτή την ικανότητα για την παραγωγή πλαστικών και άλλων ανθρωπογενών πολυμερών. Τα μονομερή γίνονται επίσης φυσικά πολυμερή που αποτελούν τους ζωντανούς οργανισμούς στον κόσμο.

Μονομερή στη φύση

Τα πολυμερή που βρίσκονται στη φύση κατασκευάζονται από μονομερή που διαθέτουν άνθρακα, ο οποίος συνδέεται εύκολα με άλλα μόρια. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται στη φύση για τη δημιουργία πολυμερών περιλαμβάνουν τη σύνθεση αφυδάτωσης, η οποία ενώνει τα μόρια μεταξύ τους, αλλά οδηγεί στην απομάκρυνση ενός μορίου νερού. Η υδρόλυση, από την άλλη πλευρά, αντιπροσωπεύει μια μέθοδο διάσπασης των πολυμερών σε μονομερή. Αυτό συμβαίνει μέσω της διάσπασης των δεσμών μεταξύ των μονομερών μέσω ενζύμων και της προσθήκης νερού. Τα ένζυμα λειτουργούν ως καταλύτες για να επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις και είναι τα ίδια μεγάλα μόρια. Ένα παράδειγμα ενζύμου που χρησιμοποιείται για τη διάσπαση ενός πολυμερούς σε μονομερές είναι η αμυλάση, η οποία μετατρέπει το άμυλο σε σάκχαρο. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται στην πέψη. Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν επίσης φυσικά πολυμερή για γαλακτωματοποίηση, πάχυνση και σταθεροποίηση τροφίμων και φαρμάκων. Μερικά πρόσθετα παραδείγματα φυσικών πολυμερών περιλαμβάνουν:

• κολλαγόνο
  
• κερατίνη
  
• DNA
  
• καουτσούκ
  
• μαλλί
  
• μεταξύ άλλων

Απλά μονομερή ζάχαρης

Τα απλά σάκχαρα είναι μονομερή που ονομάζονται μονοσακχαρίτες. Οι μονοσακχαρίτες περιέχουν μόρια άνθρακα, υδρογόνου και οξυγόνου. Αυτά τα μονομερή μπορούν να σχηματίσουν μακριές αλυσίδες που συνθέτουν πολυμερή γνωστά ως υδατάνθρακες, τα μόρια αποθήκευσης ενέργειας που βρίσκονται στα τρόφιμα. Η γλυκόζη είναι ένα μονομερές με τύπο C₆ H₁₂ O₆ , δηλαδή έχει έξι άνθρακες, δώδεκα υδρογόνα και έξι οξυγόνα στη βασική του μορφή. Η γλυκόζη παράγεται κυρίως μέσω της φωτοσύνθεσης στα φυτά και είναι το απόλυτο καύσιμο για τα ζώα. Τα κύτταρα χρησιμοποιούν γλυκόζη για την κυτταρική αναπνοή. Η γλυκόζη αποτελεί τη βάση πολλών υδατανθράκων. Άλλα απλά σάκχαρα περιλαμβάνουν τη γαλακτόζη και τη φρουκτόζη, και αυτά έχουν επίσης τον ίδιο χημικό τύπο αλλά είναι δομικά διαφορετικά ισομερή. Οι πεντόζες είναι απλά σάκχαρα όπως η ριβόζη, η αραβινόζη και η ξυλόζη. Ο συνδυασμός των μονομερών σακχάρων δημιουργεί δισακχαρίτες (που παράγονται από δύο σάκχαρα) ή μεγαλύτερα πολυμερή που ονομάζονται πολυσακχαρίτες. Για παράδειγμα, η σακχαρόζη (επιτραπέζια ζάχαρη) είναι ένας δισακχαρίτης που προέρχεται από την προσθήκη δύο μονομερών, της γλυκόζης και της φρουκτόζης. Άλλοι δισακχαρίτες περιλαμβάνουν τη λακτόζη (ζάχαρη στο γάλα) και τη μαλτόζη (υποπροϊόν της κυτταρίνης).

Ένας τεράστιος πολυσακχαρίτης που κατασκευάζεται από πολλά μονομερή, το άμυλο χρησιμεύει ως η κύρια αποθήκευση ενέργειας για τα φυτά και δεν μπορεί να διαλυθεί στο νερό. Το άμυλο κατασκευάζεται από έναν τεράστιο αριθμό μορίων γλυκόζης ως το βασικό μονομερές του. Το άμυλο συνθέτει σπόρους, δημητριακά και πολλά άλλα τρόφιμα που καταναλώνουν οι άνθρωποι και τα ζώα. Η πρωτεϊνική αμυλάση λειτουργεί για να επαναφέρει το άμυλο πίσω στο βασικό μονομερές γλυκόζη.

Το γλυκογόνο είναι ένας πολυσακχαρίτης που χρησιμοποιείται από τα ζώα για αποθήκευση ενέργειας. Παρόμοια με το άμυλο, το μονομερές βάσης του γλυκογόνου είναι η γλυκόζη. Το γλυκογόνο διαφέρει από το άμυλο επειδή έχει περισσότερους κλάδους. Όταν τα κύτταρα χρειάζονται ενέργεια, το γλυκογόνο μπορεί να διασπαστεί μέσω υδρόλυσης και πάλι σε γλυκόζη.

Οι μακριές αλυσίδες μονομερών γλυκόζης συνθέτουν επίσης την κυτταρίνη, έναν γραμμικό, εύκαμπτο πολυσακχαρίτη που βρίσκεται σε όλο τον κόσμο ως δομικό συστατικό στα φυτά. Η κυτταρίνη φιλοξενεί τουλάχιστον το ήμισυ του άνθρακα της Γης. Πολλά ζώα δεν μπορούν να αφομοιώσουν πλήρως την κυτταρίνη, με εξαίρεση τα μηρυκαστικά και τους τερμίτες.

Ένα άλλο παράδειγμα πολυσακχαρίτη, το πιο εύθραυστο μακρομόριο χιτίνης, σφυρηλατεί τα κελύφη πολλών ζώων όπως τα έντομα και τα καρκινοειδή. Τα απλά μονομερή σακχάρου όπως η γλυκόζη αποτελούν επομένως τη βάση των ζωντανών οργανισμών και αποδίδουν ενέργεια για την επιβίωσή τους.

Μονομερή των Λιπών

Τα λίπη είναι ένας τύπος λιπιδίων, πολυμερών που είναι υδρόφοβα (υδατοαπωθητικά). Το μονομερές βάσης για τα λίπη είναι η αλκοόλη γλυκερόλη, η οποία περιέχει τρεις άνθρακες με ομάδες υδροξυλίου σε συνδυασμό με λιπαρά οξέα. Τα λίπη αποδίδουν διπλάσια ενέργεια από την απλή ζάχαρη, τη γλυκόζη. Για το λόγο αυτό τα λίπη χρησιμεύουν ως ένα είδος αποθήκευσης ενέργειας για τα ζώα. Τα λίπη με δύο λιπαρά οξέα και μία γλυκερόλη ονομάζονται διακυλογλυκερόλες ή φωσφολιπίδια. Τα λιπίδια με τρεις ουρές λιπαρών οξέων και μία γλυκερόλη ονομάζονται τριακυλογλυκερόλες, τα λίπη και τα έλαια. Τα λίπη παρέχουν επίσης μόνωση για το σώμα και τα νεύρα μέσα σε αυτό καθώς και τις πλασματικές μεμβράνες στα κύτταρα.

Amino Acids:Monomers of Proteins

Ένα αμινοξύ είναι μια υπομονάδα πρωτεΐνης, ένα πολυμερές που βρίσκεται σε όλη τη φύση. Ένα αμινοξύ είναι επομένως το μονομερές της πρωτεΐνης. Ένα βασικό αμινοξύ παράγεται από ένα μόριο γλυκόζης με μια ομάδα αμίνης (NH₃ ), μια καρβοξυλική ομάδα (COOH) και μια ομάδα R (πλευρική αλυσίδα). Υπάρχουν 20 αμινοξέα και χρησιμοποιούνται σε διάφορους συνδυασμούς για την παραγωγή πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες παρέχουν πολλές λειτουργίες στους ζωντανούς οργανισμούς. Πολλά μονομερή αμινοξέων ενώνονται μέσω πεπτιδικών (ομοιοπολικών) δεσμών για να σχηματίσουν μια πρωτεΐνη. Δύο συνδεδεμένα αμινοξέα συνθέτουν ένα διπεπτίδιο. Τρία ενωμένα αμινοξέα συνθέτουν ένα τριπεπτίδιο και τέσσερα αμινοξέα αποτελούν ένα τετραπεπτίδιο. Με αυτή τη σύμβαση, οι πρωτεΐνες με περισσότερα από τέσσερα αμινοξέα φέρουν επίσης το όνομα πολυπεπτίδια. Από αυτά τα 20 αμινοξέα, τα βασικά μονομερή περιλαμβάνουν γλυκόζη με ομάδες καρβοξυλίου και αμίνης. Ως εκ τούτου, η γλυκόζη μπορεί επίσης να ονομαστεί μονομερές πρωτεΐνης.

Τα αμινοξέα σχηματίζουν αλυσίδες ως πρωταρχική δομή, και πρόσθετες δευτερεύουσες μορφές εμφανίζονται με δεσμούς υδρογόνου που οδηγούν σε άλφα έλικες και βήτα πτυχωτά φύλλα. Η αναδίπλωση των αμινοξέων οδηγεί σε ενεργές πρωτεΐνες στην τριτογενή δομή. Η πρόσθετη αναδίπλωση και κάμψη αποδίδει σταθερές, πολύπλοκες τεταρτοταγείς δομές όπως το κολλαγόνο. Το κολλαγόνο παρέχει δομικά θεμέλια για τα ζώα. Η πρωτεΐνη κερατίνη παρέχει στα ζώα δέρμα και μαλλιά και φτερά. Οι πρωτεΐνες χρησιμεύουν επίσης ως καταλύτες για αντιδράσεις σε ζωντανούς οργανισμούς. αυτά ονομάζονται ένζυμα. Οι πρωτεΐνες χρησιμεύουν ως μεταφορείς και μεταφορείς υλικού μεταξύ των κυττάρων. Για παράδειγμα, η πρωτεΐνη ακτίνη παίζει το ρόλο του μεταφορέα για τους περισσότερους οργανισμούς. Οι ποικίλες τρισδιάστατες δομές των πρωτεϊνών οδηγούν στις αντίστοιχες λειτουργίες τους. Η αλλαγή της δομής της πρωτεΐνης οδηγεί άμεσα σε αλλαγή της πρωτεϊνικής λειτουργίας. Οι πρωτεΐνες παράγονται σύμφωνα με τις οδηγίες από τα γονίδια ενός κυττάρου. Οι αλληλεπιδράσεις και η ποικιλία μιας πρωτεΐνης καθορίζονται από το βασικό μονομερές της πρωτεΐνης, τα αμινοξέα με βάση τη γλυκόζη.

Nucleotides as Monomers

Τα νουκλεοτίδια χρησιμεύουν ως το προσχέδιο για την κατασκευή αμινοξέων, τα οποία με τη σειρά τους περιλαμβάνουν πρωτεΐνες. Τα νουκλεοτίδια αποθηκεύουν πληροφορίες και μεταφέρουν ενέργεια για τους οργανισμούς. Τα νουκλεοτίδια είναι τα μονομερή φυσικών, γραμμικών πολυμερών νουκλεϊκών οξέων όπως το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και το ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA). Το DNA και το RNA φέρουν τον γενετικό κώδικα ενός οργανισμού. Τα μονομερή νουκλεοτιδίων αποτελούνται από ένα σάκχαρο πέντε άνθρακα, ένα φωσφορικό άλας και μια αζωτούχα βάση. Οι βάσεις περιλαμβάνουν αδενίνη και γουανίνη, που προέρχονται από πουρίνη. και κυτοσίνη και θυμίνη (για DNA) ή ουρακίλη (για RNA), που προέρχονται από πυριμιδίνη.

Η συνδυασμένη ζάχαρη και αζωτούχα βάση αποδίδουν διαφορετικές λειτουργίες. Τα νουκλεοτίδια αποτελούν τη βάση για πολλά μόρια που χρειάζονται για τη ζωή. Ένα παράδειγμα είναι η τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP), το κύριο σύστημα παροχής ενέργειας για τους οργανισμούς. Η αδενίνη, η ριβόζη και τρεις φωσφορικές ομάδες συνθέτουν τα μόρια ATP. Οι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί συνδέουν τα σάκχαρα των νουκλεϊκών οξέων μεταξύ τους. Αυτοί οι δεσμοί έχουν αρνητικά φορτία και αποδίδουν ένα σταθερό μακρομόριο για την αποθήκευση γενετικών πληροφοριών. Το RNA, το οποίο περιέχει το σάκχαρο ριβόζη και αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και ουρακίλη, λειτουργεί με διάφορες μεθόδους μέσα στα κύτταρα. Το RNA χρησιμεύει ως ένζυμο και βοηθά την αντιγραφή του DNA, καθώς και τη δημιουργία πρωτεϊνών. Το RNA υπάρχει σε μορφή μονής έλικας. Το DNA είναι το πιο σταθερό μόριο, σχηματίζοντας μια διάταξη διπλής έλικας και επομένως είναι το επικρατέστερο πολυνουκλεοτίδιο για τα κύτταρα. Το DNA περιέχει το σάκχαρο δεοξυριβόζη και τις τέσσερις αζωτούχες βάσεις αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και θυμίνη, που αποτελούν τη νουκλεοτιδική βάση του μορίου. Το μεγάλο μήκος και η σταθερότητα του DNA επιτρέπει την αποθήκευση τεράστιων ποσοτήτων πληροφοριών. Η ζωή στη Γη οφείλει τη συνέχισή της στα μονομερή νουκλεοτιδίων που αποτελούν τη ραχοκοκαλιά του DNA και του RNA, καθώς και στο ενεργειακό μόριο ATP.

Μονομερή για πλαστικό

Τα μονομερή βινυλικής αλκοόλης σχηματίζουν το πολυμερές πολυ(βινυλική αλκοόλη). Αυτό το συστατικό βρίσκεται στον παιδικό στόκο. Τα πολυανθρακικά μονομερή αποτελούνται από αρωματικούς δακτυλίους που χωρίζονται από άνθρακα. Το πολυανθρακικό χρησιμοποιείται συνήθως σε γυαλιά και δίσκους μουσικής. Το πολυστυρένιο, που χρησιμοποιείται στο φελιζόλ και στη μόνωση, αποτελείται από μονομερή πολυαιθυλενίου με έναν αρωματικό δακτύλιο που αντικαθιστά ένα άτομο υδρογόνου. Το πολυ(χλωροαιθένιο), γνωστό και ως πολυ(βινυλοχλωρίδιο) ή PVC, σχηματίζεται από διάφορα μονομερή χλωροαιθενίου. Το PVC αποτελεί τόσο σημαντικά στοιχεία όπως σωλήνες και παρακαμπτήρια για κτίρια. Τα πλαστικά παρέχουν ατελείωτα χρήσιμα υλικά για καθημερινά είδη, όπως:

• προβολείς αυτοκινήτου
  
• δοχεία τροφίμων
  
• ζωγραφίζω
  
• σωλήνες
  
• ύφασμα
  
• ιατρικός εξοπλισμός
  
• περισσότερα