Monomerer utgör grunden för makromolekyler som upprätthåller liv och tillhandahåller konstgjorda material. Monomerer grupperar sig för att bilda långa kedjor av makromolekyler som kallas polymerer. Olika reaktioner leder till polymerisation, vanligtvis via katalysatorer. Många exempel på monomerer finns i naturen eller används i industrier för att skapa nya makromolekyler.
Monomerer är små enkla molekyler. När de kombineras med andra monomerer via kemiska bindningar, gör de polymerer. Polymerer finns både i naturen, t.ex. i proteiner, eller så kan de vara konstgjorda, t.ex. i plast.
Vad är monomerer?
Monomerer presenteras som små molekyler. De utgör grunden för större molekyler via kemiska bindningar. När dessa enheter sammanfogas i upprepning bildas en polymer. Forskaren Hermann Staudinger upptäckte att monomerer utgör polymerer. Livet på jorden beror på de bindningar monomerer gör till andra monomerer. Monomerer kan konstrueras på konstgjord väg till polymerer, som följaktligen förenas med andra molekyler i processen som kallas polymerisation. Människor utnyttjar denna förmåga för att göra plaster och andra konstgjorda polymerer. Monomerer blir också naturliga polymerer som utgör de levande organismerna i världen.
Monomerer i naturen
Polymerer som finns i naturen är gjorda av monomerer som innehåller kol, som binder lätt med andra molekyler. Metoder som används i naturen för att skapa polymerer inkluderar uttorkningssyntes, som förenar molekyler tillsammans men ändå resulterar i att en vattenmolekyl avlägsnas. Hydrolys, å andra sidan, representerar en metod för att bryta ner polymerer till monomerer. Detta sker genom att bryta bindningar mellan monomerer via enzymer och tillsätta vatten. Enzymer fungerar som katalysatorer för att påskynda kemiska reaktioner och är själva stora molekyler. Ett exempel på ett enzym som används för att bryta en polymer till en monomer är amylas, som omvandlar stärkelse till socker. Denna process används i matsmältningen. Människor använder också naturliga polymerer för emulgering, förtjockning och stabilisering av mat och medicin. Några ytterligare exempel på naturliga polymerer inkluderar:
keratin
DNA
sudd
ull
bland andra
Enkelt Sockermonomerer
Enkla sockerarter är monomerer som kallas monosackarider . Monosackarider innehåller kol-, väte- och syremolekyler. Dessa monomerer kan bilda långa kedjor som utgör polymerer som kallas kolhydrater, de energilagrande molekylerna som finns i mat. Glukos är en monomer med formeln C6H12
O6, vilket betyder att den har sex kol, tolv väten och sex syre i sin basform. Glukos framställs huvudsakligen via fotosyntes i växter och är det ultimata bränslet för djur. Celler använder glukos för cellandning. Glukos utgör grunden för många kolhydrater. Andra enkla sockerarter inkluderar galaktos och fruktos, och dessa har också samma kemiska formel men är strukturellt olika isomerer. Pentoserna är enkla sockerarter som ribos, arabinos och xylos. Genom att kombinera sockermonomererna skapas disackarider (gjorda av två sockerarter) eller större polymerer som kallas polysackarider. Till exempel är sackaros (bordssocker) en disackarid som härrör från tillsats av två monomerer, glukos och fruktos. Andra disackarider inkluderar laktos (socker i mjölk) och maltos (en biprodukt av cellulosa).
En enorm polysackarid gjord av många monomerer, stärkelse fungerar som den främsta lagringen av energi för växter, och den kan inte lösas i vatten. Stärkelse tillverkas av ett stort antal glukosmolekyler som basmonomer. Stärkelse utgör frön, spannmål och många andra livsmedel som människor och djur konsumerar. Proteinet amylas arbetar för att återföra stärkelse till basmonomerens glukos.
Glykogen är en polysackarid som används av djur för energilagring. I likhet med stärkelse är glykogens basmonomer glukos. Glykogen skiljer sig från stärkelse genom att ha fler grenar. När celler behöver energi kan glykogen brytas ned via hydrolys tillbaka till glukos.
Långa kedjor av glukos monomerer utgör också cellulosa, en linjär, flexibel polysackarid som finns runt om i världen som en strukturell komponent i växter. Cellulosa rymmer minst hälften av jordens kol. Många djur kan inte smälta cellulosa helt, med undantag för idisslare och termiter.
Ännu ett exempel på en polysackarid, den mer spröda makromolekylen kitin, smider skalen på många djur som insekter och kräftdjur. Enkla sockermonomerer som glukos utgör därför basen för levande organismer och ger energi för deras överlevnad.
Monomerer av fetter
Fett är en typ av lipider, polymerer som är hydrofoba (vattenavvisande). Basmonomeren för fetter är alkoholen glycerol, som innehåller tre kol med hydroxylgrupper kombinerade med fettsyror. Fetter ger dubbelt så mycket energi som det enkla sockret, glukos. Av denna anledning fungerar fetter som en slags energilagring för djur. Fetter med två fettsyror och en glycerol kallas diacylglyceroler eller fosfolipider. Lipider med tre fettsyrasvansar och en glycerol kallas triacylglyceroler, fetterna och oljorna. Fetter ger också isolering för kroppen och nerverna i den samt plasmamembran i celler.
Aminosyror: Monomerer av proteiner
En aminosyra är en underenhet av protein, en polymer som finns i hela naturen. En aminosyra är därför proteinets monomer. En basisk aminosyra är gjord av en glukosmolekyl med en amingrupp (NH3), en karboxylgrupp (COOH) och en R-grupp (sidokedja). 20 aminosyror finns och används i olika kombinationer för att göra proteiner. Proteiner tillhandahåller många funktioner för levande organismer. Flera aminosyramonomerer går samman via peptidbindningar (kovalenta) för att bilda ett protein. Två bundna aminosyror utgör en dipeptid. Tre sammanfogade aminosyror utgör en tripeptid och fyra aminosyror utgör en tetrapeptid. Med denna konvention bär proteiner med över fyra aminosyror också namnet polypeptider. Av dessa 20 aminosyror inkluderar basmonomererna glukos med karboxyl- och amingrupper. Glukos kan därför också kallas en monomer av protein.
Aminosyrorna bildar kedjor som en primär struktur, och ytterligare sekundära former förekommer med vätebindningar som leder till alfaspiraler och betaveckade ark. Vikning av aminosyror leder till aktiva proteiner i den tertiära strukturen. Ytterligare vikning och böjning ger stabila, komplexa kvartära strukturer som kollagen. Kollagen ger strukturella grunder för djur. Proteinet keratin ger djuren hud och hår och fjädrar. Proteiner fungerar också som katalysatorer för reaktioner i levande organismer; dessa kallas enzymer. Proteiner fungerar som kommunikatörer och förflyttare av material mellan celler. Till exempel spelar proteinet aktin rollen som transportör för de flesta organismer. De varierande tredimensionella strukturerna av proteiner leder till deras respektive funktioner. Att ändra proteinstrukturen leder direkt till en förändring i proteinfunktionen. Proteiner tillverkas enligt instruktioner från en cells gener. Ett proteins interaktioner och variation bestäms av dess grundläggande monomer av protein, glukosbaserade aminosyror.
Nukleotider som monomerer
Nukleotider fungerar som ritningen för konstruktionen av aminosyror, som i sin tur består av proteiner. Nukleotider lagrar information och överför energi till organismer. Nukleotider är monomererna av naturliga, linjära polymera nukleinsyror såsom deoxiribonukleinsyra (DNA) och ribonukleinsyra (RNA). DNA och RNA bär den genetiska koden för en organism. Nukleotidmonomerer är gjorda av ett socker med fem kolatomer, ett fosfat och en kvävebas. Baser inkluderar adenin och guanin, som härrör från purin; och cytosin och tymin (för DNA) eller uracil (för RNA), härrörande från pyrimidin.
Den kombinerade socker- och kvävebasen ger olika funktioner. Nukleotider utgör grunden för många molekyler som behövs för livet. Ett exempel är adenosintrifosfat (ATP), det huvudsakliga leveranssystemet för energi för organismer. Adenin, ribos och tre fosfatgrupper utgör ATP-molekyler. Fosfodiesterbindningar kopplar samman sockerarterna i nukleinsyror. Dessa länkar har negativa laddningar och ger en stabil makromolekyl för lagring av genetisk information. RNA, som innehåller sockret ribos och adenin, guanin, cytosin och uracil, fungerar på olika sätt inuti celler. RNA fungerar som ett enzym och hjälper DNA-replikation, samt att göra proteiner. RNA finns i form av en helix. DNA är den mer stabila molekylen som bildar en dubbel helixkonfiguration och är därför den vanliga polynukleotiden för celler. DNA innehåller sockret deoxiribos och de fyra kvävehaltiga baserna adenin, guanin, cytosin och tymin, som utgör nukleotidbasen i molekylen. Den långa längden och stabiliteten hos DNA möjliggör lagring av enorma mängder information. Livet på jorden har sin fortsättning att tacka för nukleotidmonomererna som utgör ryggraden i DNA och RNA, samt energimolekylen ATP.
Monomerer för plastVinylalkoholmonomerer bildar polymeren poly(vinylalkohol). Denna ingrediens kan hittas i barnspackel. Polykarbonatmonomerer är gjorda av aromatiska ringar separerade av kol. Polykarbonat används ofta i glasögon och musikskivor. Polystyren, som används i frigolit och isolering, är sammansatt av polyetenmonomerer med en aromatisk ring som ersätter en väteatom. Poly(kloreten), aka poly(vinylklorid) eller PVC, bildas av flera monomerer av kloreten. PVC utgör så viktiga föremål som rör och sidospår för byggnader. Plast ger oändligt användbara material för vardagliga föremål, såsom:
- bilstrålkastare
- matbehållare
- färg
- rör
- tyg
- medicinsk utrustning
- Mer
