Sự trùng hợp đặc trưng cho sự hình thành các polyme từ các monome. Trong hóa học và sinh học, có nhiều loại trùng hợp khác nhau. Ở sinh vật, các phản ứng trùng hợp diễn ra để tạo thành các chất tạo sinh học như protein, axit nucleic, hoặc là polysacarit.
Phản ứng trùng hợp là gì?
Các phản ứng trùng hợp diễn ra trong cơ thể sinh vật để tạo thành các chất tạo sinh học như protein or axit nucleic. Axit nucleic là thành phần của DNA và RNA. Polymerization là một thuật ngữ chung để chỉ sự hình thành các polyme từ các monome có trọng lượng phân tử thấp. Phản ứng trùng hợp đóng một vai trò quan trọng trong cả hóa học và sinh học. Polyme là các chất cao phân tử bao gồm các khối cấu tạo cơ bản nhất định. Các khối xây dựng cơ bản này, còn được gọi là monome, tích tụ trong quá trình trùng hợp và tạo thành các chuỗi phân tử cao. Polyme có thể được cấu tạo từ các monome giống nhau hoặc khác nhau. Trong hóa học, ví dụ, polyester, polyetylen, polyvinyl clorua (PVC) hoặc các loại nhựa khác được gọi là polyme. Trong sinh học, protein, hạt nhân axit or polysacarit đại diện cho các chất tạo màng sinh học có độ phức tạp cao. Trong lĩnh vực hóa học, có nhiều loại phản ứng trùng hợp khác nhau. Phản ứng tăng trưởng chuỗi và phản ứng tăng trưởng bước được phân biệt. Trong các phản ứng tăng trưởng chuỗi, sau phản ứng ban đầu, các monome tiếp theo liên tục liên kết với chuỗi đã hoạt hóa. Điều này dẫn đến tăng trưởng chuỗi. Trong các phản ứng tăng trưởng từng bước, các monome tham gia phải có ít nhất hai nhóm chức. Không có sự tăng trưởng chuỗi liên tục, nhưng các chất dimer, bộ ba hoặc các đồng phân liên kết được hình thành trước, sau đó kết hợp lại để tạo thành một chuỗi dài hơn. Phản ứng tăng trưởng bước điển hình có dạng phản ứng cộng hoặc phản ứng ngưng tụ. Tuy nhiên, sự hình thành của biopolyme trong hệ thống sinh học phức tạp hơn nhiều. Nó đòi hỏi nhiều bước phản ứng khác nhau. Ví dụ, sự hình thành của protein hoặc nucleic axit chỉ diễn ra với sự trợ giúp của các mẫu. Trong mã di truyền, trình tự của nitơ căn cứ trong nucleic axit được quy định. Đến lượt nó, chúng mã hóa trình tự của amino axit trong các protein riêng lẻ.
Chức năng và nhiệm vụ
Sự trùng hợp đóng một vai trò nổi bật trong tất cả các hệ thống sinh học của vi khuẩn, nấm, thực vật và động vật (bao gồm cả con người). Vì vậy, ngay từ đầu, protein và axit nucleic là tiền đề cho sự sống. Về bản chất, các phản ứng trùng hợp để tạo thành các phân tử sinh học này và sự phân hủy của chúng là các phản ứng thực tế của sự sống. Axit nucleic là thành phần của DNA và RNA. Chúng bao gồm axit photphoric, monosugar (deoxyribose hoặc riboza), và bốn nitơ căn cứ. Axit photphoric, đường và nitơ mỗi base được lắp ráp để tạo thành một nucleotide. Đến lượt mình, axit nucleic bao gồm các chuỗi nucleotit được sắp xếp thành một hàng. DNA chứa deoxyribose và RNA chứa riboza như là một đường phân tử. Các nucleotide riêng lẻ chỉ khác nhau về nitơ căn cứ. Ba nuclêôtit liên tiếp nhau mã cho một axit amin làm bộ ba. Do đó, trình tự của các nucleotide đại diện cho mã di truyền. Mã di truyền nằm trong DNA được chuyển sang RNA thông qua các cơ chế phức tạp. Sau đó RNA chịu trách nhiệm tổng hợp các protein với một trình tự axit amin cố định. Do đó, các phần nhất định trong DNA (gen) mã hóa cho các protein tương ứng. Mỗi loại protein có một chức năng cụ thể trong cơ thể sinh vật. Do đó, có các protein cơ, protein của mô liên kết, Globulin miễn dịch, peptit kích thích tố or enzyme. Đổi lại, một loại enzyme đặc biệt với thành phần cụ thể chịu trách nhiệm cho mỗi bước trao đổi chất. Điều này đã cho thấy các phản ứng trùng hợp được phối hợp chính xác quan trọng như thế nào để xây dựng axit nucleic và protein đối với các quá trình sinh hóa trơn tru trong sinh vật. Ví dụ, enzyme phải có trình tự axit amin chính xác để có thể xúc tác cho bước phản ứng cụ thể trong quá trình chuyển hóa mà chúng chịu trách nhiệm. Ngoài protein và axit nucleic, polysacarit cũng là những chất tạo màng sinh học quan trọng trong cơ thể sinh vật. Ở thực vật, chúng thường thực hiện các chức năng hỗ trợ. Hơn nữa, chúng cũng tích trữ năng lượng. Ví dụ, tinh bột trong khoai tây là một chất dự trữ được sử dụng để tạo ra năng lượng trong quá trình nảy mầm. Con người cũng dự trữ glycogen trong gan và cơ bắp để đáp ứng nhu cầu năng lượng trong thời gian hạn chế thức ăn hoặc hoạt động thể chất cường độ cao. Glycogen, giống như tinh bột, là một polyme và được hình thành từ monome glucose.
Bệnh tật
Sự gián đoạn trong các phản ứng trùng hợp sinh học có thể dẫn quan trọng sức khỏe các vấn đề. Như đã đề cập trước đó, axit nucleic là các chất tạo sinh học quan trọng. Khi các quá trình hóa học làm thay đổi trình tự của một số chất nitơ nhất định căn cứ, một cái gọi là đột biến có mặt. Đột biến gen tiếp tục mã hóa protein, nhưng trật tự axit amin của chúng thay đổi. Các protein bị thay đổi theo cách này không còn có thể thực hiện đúng chức năng của chúng trong các tế bào bị ảnh hưởng. Cái này có thể dẫn rối loạn chuyển hóa, vì một enzym có thể bị lỗi. Tuy nhiên, Globulin miễn dịch cũng có thể bị thay đổi. Trong trường hợp này, sự suy giảm miễn dịch xảy ra. Tất nhiên, các protein cấu trúc cũng có thể bị ảnh hưởng bởi những thay đổi, với nhiều biểu hiện và triệu chứng khác nhau. Các đột biến cũng thường được truyền cho thế hệ con cái. Trong quá trình sống, các lỗi trong quá trình tái tạo mã di truyền xảy ra lặp đi lặp lại. Trong hầu hết các trường hợp, các tế bào cơ thể bị ảnh hưởng bị phá hủy bởi hệ thống miễn dịch. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng thành công. Trong một số trường hợp, những tế bào này phát triển thành ung thư chẳng hạn như tế bào và sự phát triển của chúng đe dọa toàn bộ sinh vật. Nhiều bệnh thoái hóa khác, chẳng hạn như xơ cứng động mạch, phàn nàn về bệnh thấp khớp hoặc bệnh tự miễn dịch, cũng có thể bắt nguồn từ những xáo trộn trong quá trình tổng hợp các chất tạo màng sinh học. Ngay cả quá trình tổng hợp glycogen, polysaccharide trong gan và cơ bắp, có thể bị khiếm khuyết. Ví dụ, có các bệnh dự trữ glycogen với glycogen bị thay đổi bất thường phân tử, do đó có thể do lỗi enzyme. Glycogen bất thường không còn có thể bị phân hủy và tiếp tục tích tụ trong gan.
