Naturlige polymerer:Fra cellulose til DNA - livets byggesten

Af Karen G. Blaettler | Opdateret 24. marts 2022

Polymerer er de alsidige makromolekyler, der danner grundlaget for både levende organismer og mange hverdagsmaterialer. Da bæredygtighed bliver en topprioritet, er forståelsen af naturlige polymerer – dem der produceres af biologiske processer – afgørende for at udvikle miljøvenlige alternativer til syntetisk plast.

TL;DR

Naturlige polymerer omfatter cellulose, kitin, stivelse, sukker, proteiner (hud, muskler, edderkoppesilke, uld), DNA, RNA og naturgummi. De er primært kondensationspolymerer dannet ved monomerbinding med vandfrigivelse.

Hvad er polymerer?

Polymerer er lange kæder af gentagne underenheder kaldet monomerer. Udtrykket "poly" betyder mange, "mono" betyder en, og "mer" refererer til en del. Når monomerer går sammen, danner de et makromolekyle med forskellige egenskaber baseret på typen af monomer og dens arrangement.

Sådan forbinder monomerer

Monomerer forbinder på to grundlæggende måder:

• Additionspolymerer – monomerer vedhæftes direkte og tilføjer én enhed ad gangen. De fleste syntetiske plastmaterialer, såsom polyethylen, er dannet på denne måde.
• Kondensationspolymerer – monomerer binder sig, mens de frigiver et lille molekyle (oftest vand). Dette er den fremherskende mekanisme for naturlige polymerer.

Fordi kondensationsreaktioner genererer vand som et biprodukt, udviser mange naturlige polymerer hydrofile egenskaber.

Naturlige polymerer i detaljer

Naturlige polymerer produceres af organismer og spiller afgørende roller i struktur, energilagring og kommunikation. Nøgleeksempler omfatter:

• Cellulose – den primære strukturelle komponent i plantecellevægge.
• chitin – findes i leddyrs eksoskeletter og svampecellevægge.
• Kulhydrater – stivelse (energireserver) og sukkerarter (energibærere).
• Proteiner – 20 aminosyrer kombineres i utallige sekvenser for at danne forskellige proteiner såsom hud, muskler, hår, negle, fjer, hove, pels og bindevæv.
• Animalske fibre – uld og silke er proteinpolymerer; edderkoppesilke er kendt for sin exceptionelle styrke.
• Polynukleotider – DNA og RNA bærer genetisk information.
• Naturgummi – polyisopren fremstillet af gummitræer.

Disse polymerer er kondensationspolymerer, hvilket betyder, at de dannes ved fjernelse af vand under bindingsdannelse.

Hvorfor studere naturlige polymerer?

Forståelse af strukturen og funktionen af naturlige polymerer informerer designet af biologisk nedbrydelige materialer, biobrændstoffer og avancerede kompositter. Deres vedvarende oprindelse og biologiske nedbrydelighed gør dem til attraktive kandidater til at reducere plastikaffald.

Syntetiske polymerer:en kontrast

Syntetiske polymerer tilbyder forudsigelige egenskaber, ensartethed og evnen til at konstruere materialer til specifikke applikationer. Eksempler omfatter:

• nylon
• epoxy
• polyethylen
• plexiglas (akryl)
• styrofoam (ekspanderet polystyren)
• Kevlar® (aramidfiber)
• Teflon® (PTFE)

Mens syntetiske polymerer dominerer moderne fremstilling, understreger deres vedholdenhed i miljøet behovet for bæredygtige alternativer.

Konklusion

Naturlige polymerer - dannet af levende systemer - demonstrerer en bemærkelsesværdig mangfoldighed af funktioner og strukturer. Ved at studere disse biogene makromolekyler kan forskere udvikle næste generations materialer, der kombinerer ydeevne med miljømæssig forvaltning.