Cadena principal

En ciència de polímero, la cadena principal d'un polímero és la série més llarga d'àtoms enllaçats covalentemente que en conjunt creen la cadena de la molècula. Esta ciència dividix l'estudi dels polímero en orgànics, la cadena principal dels quals consistix de carbono i inorgànics, la cadena principal dels quals conté únicament elements representatius.

Eixemple d'una cadena principal biològica (polipèptit)

En bioquímica, les cadenes principals consistixen en l'estructura primària de les macromolécula. Les cadenes principals d'estes macromolécula biològiques consistix en cadenes centrals d'àtoms en enllaços covalente. Les característiques i l'orde dels monòmers en la cadena creen un mapa per a les complexes estructures dels polímero biològics. La cadena està relacionada directament a la funció biològica. Les macromolécula dins del cos poden ser dividides en quatre principals subcategoría, cada una de les quals estan envoltes en diferents processos biològics: proteïnes, carbohidrats, lípits i àcits nucléicos. Cada una d'estes molècules té una cadena principal diferent i està constituïda per diferents monòmers en les seues particularitats i funcionalitats. Este en el factor pel qual tenen diferents estructures i funcions en el cos. A pesar de que els lípits tenen una cadena principal, no són verdaders polímero biològics degut a que dita cadena és consistix en tres àtoms de carbono (glicerol) en cadenes laterals més llargues. Per esta raó, únicament les proteïnes, els carbohidrats i els àcit nucleicos es consideren macromolécula biològiques en cadenes principals polimèriques.

Característiques

Química de polímero

Les característiques d'una cadena principal depenen del tipo de polimerisació: en la polimerisació per etapes, l'unitat monomérica es torna part de la cadena principal i per lo tant, esta última és usualment funcional. Açò inclou als politiofenos o polímero de baixa brecha de bandes (band gap) en semiconductors orgànics. En la polimerisació en cadena, usualment aplicada para alquenos, la cadena principal no és funcional, pero és portadora de grups pendents o cadenes laterals.

Les característiques de la cadena principal (com la seua flexibilitat, grau de ramificació, grau de insaturación, etc.) determinen les propietats tèrmiques del polímero (com la temperatura de transició vítrea, T_g). Per eixemple, en les silicona, la cadena principal és molt flexible, lo que resulta en una T_g molt baixa de -123 °C. Els polímero en cadenes rígides són més propensos a la cristalisació (com els politiofenos) en capes fines i en solució. La cristalisació en conseqüència, afecta les propietats òptiques dels polímero, el seu banda prohibida òptica i els nivells electrònics.

Bioquímica

Hi ha algunes semblances i moltes diferències inherents a les característiques de les cadenes biopoliméricas. La cadena principal de cada u dels tres polímero biològics (proteïnes, carbohidrats i àcits nucléicos) està formada a través de reacciones de condensació. En una condensació, els monòmers s'enllacen covalentemente a través de la pèrdua de chicotetes molècules, comunament aigua. Degut a que en un entorn biològic, es condensan a través de complexos mecanismes enzimàtics, cap de les cadenes biopoliméricas es formen a través de l'eliminació d'aigua, sino a través de l'eliminació d'atres molècules biològiques menudes. Cada u d'estos biopolímers poden ser caracterisats ya siga com heteropolímeros, que són aquells que consistixen en més d'un monòmer ordenat en la cadena principal, o homopolímers, que consistixen en únicament un monòmer que es repetix. Els polipèptits i els àcit nucleicos són els heteropolímeros més comuns mentres que els homopolímers més comuns són les macromolécula de carbohidrats com el glucógeno. Açò es deu a que les diferències químiques entre els nucleòtits i els péptidos determinen les seues diverses funcions biològiques mentres que els carbohidrats només complixen la funció general d'almagasenar i entregar energia.

Perspectiva general de les cadenes comunes

Química de polímero

• Alcanos saturats (típics de polímero vinílicos).
• Polímero per etapes (polianilinas, politiofenos). Usualment posseïxen derivats heterocíclics com a monòmers com tiofenos, diazoles o pirroles.
• Cadenes de fullerenos.

Reacció de condensació simplificada entre dos aminoàcits formant una cadena peptídica. Açò ocorre en el ribosoma a través d'un mecanisme catalític que involucra la lliberació de tRNA.

Biologia

Proteïnes (polipèptits)

Les proteïnes són molècules en importància biològica que juguen un rol integral en l'estructura i funcionament de virus, bactèries i cèlules eucariota. Les seues cadenes principals es caracterisen per tindre enllaços peptídicos (amidas) formats per la polimerisació entre un grup amino d'un aminoàcit i un grup carboxilo d'un atre. Estes seqüències d'aminoàcits són traduïdes dels ARNm pels ribosoma en el citoplasma de la cèlula. Els ribosoma tenen activitat enzimàtica que dirigix la reacció de condensació formant l'enllaç peptídico entre cada aminoàcit successiu. Açò succeïx durant un procés biològic conegut com traducció. En este mecanisme enzimàtic, un ARNt enllaçat covalentemente actua com grup eixint de la reacció de condensació. El nou ARNt lliberat pugues "arreplegar" un atre péptido i tornar a participar en la reacció. La seqüència d'aminoàcits en la cadena del polipèptit es coneix com l'estructura primària de la proteïna. Dita estructura primària conduïx al plegament de la proteïna per a formar l'estructura secundària, sostinguda pels ponts d'hidrogen que es formen entre els oxigen carbonílicos i els hidrogen de les amina en la cadena. Les interaccions posteriors entre els aminoàcits residuals individuals formen l'estructura terciaria. Per esta raó, l'estructura primària dels aminoàcits en el polipèptit són els plans de l'estructura final d'una proteïna i, per lo tant, determinen la seua funció biològica. Les posicions espacials dels àtoms individuals en la cadena poden ser reconstruïdes a partir de la posició dels carbono alfa utilisant ferramentes computacionals.

Eixemple simplificat d'una condensació mostrant la classificació alfa i beta. La sacarosa es forma a partir de glucosa i fructosa.

Carbohidrats

Els carbohidrats tenen moltes tasques en el cos incloent la seua funció com a unitats estructurals, cofactores enzimàtics i llocs de reconeiximent en la superfície de la cèlula. La seua funció més important és l'almagasenament d'energia i el repartiment d'esta en rutes metabòliques celulars. Els carbohidrats més simples són sucres monoméricas cridades monosacàrits, com la glucosa. Els oligosacàrits (al voltant de 10 monòmers) i els polisacàrits (al voltant de 50,000 monòmers) consistixen en monosacàrits units en una cadena principal que es caracterisa per un enllaç éter conegut com enllaç glucosídico. En la formació del glucógeno (el polímero que almagasena energia) l'enllaç glucosídico és format per l'enzima glucógeno sintasa. El mecanisme d'esta condensació enzimàtica no està molt ben estudiat pero se sap que la molècula UDP actua com un intermediari i es pert durant la síntesis. Estes cadenes principals poden ser llineals (només una cadena llineal) o ramificadas (en múltiples cadenes). Els enllaços glucosídicos estan denominats com alfa o beta depenent de l'estereoquímica relativa del carbono anomérico (o del carbono més oxidado). En una proyecció de Fischer, si l'enllaç glucosídico es troba del mateix costat o cara que el carbono 6 d'un monosacàrit biològicament comú, el carbohidrat és nomenat beta, mentres que si està del costat opost es denomina alfa. En una estructura de cadira, si l'enllaç es troba el mateix pla (equatorial o axial) que el carbono 6, es denomina beta, mentres que si es troba en el pla contrari, és alfa. Un eixemple d'açò és la sacarosa (sucre de taula), que conté un enllaç alfa a la glucosa i beta a la fructosa. Generalment, els carbohidrats que el nostre cos és capaç de trencar posseïxen enllaces alfa (eixemple: glucógeno) i els que tenen funcions estructurals posseïxen enllaces beta (eixemple: celulosa).

Àcit Nucleicos

Condensació de l'adenina i la guanina formant un enllaç fosfodiéster.

L'àcit desoxirribonucléico (ADN) i l'àcit ribonucléico (ARN) són de gran importància degut a que codifiquen per a la producció de totes les proteïnes celulars. Estan fetes de monòmers cridats nucleòtits, que consistixen en una base orgànica: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) i Tirosina (T) o Uracilo (O), una sucre pentosa i un grup fosfat. Tenen cadenes principals en les quals el tercer carbono de la ribosa està conectat al grup fosfat per un enllaç fosfodiéster. Este enllaç és format a través de l'ajuda d'un tipo d'enzimes cridades polimerasa. En estes reaccions enzimàtiques, tots els nucleòtits involucrats tenen una ribosa trifosforilada, la qual pert un grup pirofosfato per a formar l'enllaç fosfodiéster. Esta reacció es porta a terme pel gran canvi en l'energia lliure associada a la lliberació del pirofosfato. La seqüència de bases en la cadena de àcit nucleicos també es coneix com a estructura primària. Els àcit nucleicos poden tindre una llongitut de millons de nucleòtits donant lloc a la diversitat genètica de la vida. Les bases descollen de la cadena pentosa-fosfat en el ADN i s'unixen per mig de ponts d'hidrogen en parells en la seua parella complementària (A en T i G en C). Açò crea una doble hèliç en cadenes de pentosa-fosfat en cada costat formant una estructura secundària.