Door Keiron Audain, bijgewerkt op 24 maart 2022

Alle levende cellen zijn afhankelijk van macromoleculen:polymeren die zijn opgebouwd uit kleinere eenheden die monomeren worden genoemd. De vorming van deze polymeren, ook wel polymerisatie genoemd, vereist energie-input en daarbij komt water vrij als bijproduct. Elke klasse macromoleculen volgt een afzonderlijk polymerisatiepad, wat nucleïnezuren, eiwitten, koolhydraten en lipiden oplevert.

Eiwitten

Eiwitten ontstaan uit aminozuren, de monomeren die aan het ene uiteinde een carboxylgroep en aan het andere uiteinde een aminogroep bezitten. Tijdens polymerisatie reageert de carboxylgroep van het ene aminozuur met de aminogroep van een ander aminozuur, waardoor een covalente peptidebinding ontstaat. Opeenvolgende peptidebindingen verbinden tientallen of honderden aminozuren tot een lineaire polypeptideketen. De keten vouwt zich vervolgens op tot een precieze driedimensionale structuur, waardoor het eiwit zijn unieke biologische functie krijgt.

Nucleïnezuren

Nucleïnezuren (DNA en RNA) dragen genetische informatie over. Hun monomeer, het nucleotide, bevat een suiker met vijf koolstofatomen (pentose), een stikstofbase en een fosfaatgroep. Polymerisatie verbindt de fosfaatgroep van het ene nucleotide met de hydroxylgroep van het volgende, waardoor een fosfodiëster-skelet ontstaat. In DNA liggen twee complementaire polynucleotidestrengen op één lijn en vormen een waterstofbrug tussen hun basen, waardoor de karakteristieke dubbele helix wordt gevormd. Omdat RNA enkelstrengig is, neemt het verschillende vouwen aan vanwege zijn rol bij transcriptie, vertaling en regulatie.

Koolhydraten

Koolhydraten variëren van enkelvoudige suikers (monosachariden) zoals glucose tot complexe polysachariden. Monosachariden verbinden zich via glycosidische bindingen:covalente bindingen tussen de anomere koolstof van de ene suiker en een hydroxylgroep van een andere. Disachariden (bijvoorbeeld sucrose) bestaan ​​uit twee monosachariden, terwijl polysachariden zoals zetmeel of cellulose veel eenheden bevatten. Het type suiker en de positie van elke glycosidische binding bepalen de fysieke eigenschappen en biologische rol van het koolhydraat.

Lipiden

In tegenstelling tot de andere macromoleculen worden lipiden niet gevormd door polymerisatie. De kern van alle lipiden is glycerol, een alcohol met drie koolstofatomen. Vetten (triglyceriden) ontstaan ​​wanneer drie vetzuurketens veresteren tot glycerol. Fosfolipiden vervangen één vetzuur door een fosfaatgroep, waardoor amfipatische eigenschappen ontstaan ​​die essentieel zijn voor de membraanstructuur. Steroïden, zoals cholesterol, zijn gebouwd op een skelet met vier ringen in plaats van op een lineaire keten.

Het begrijpen van deze polymerisatieprocessen verheldert de ingewikkelde chemie die ten grondslag ligt aan het cellulaire leven.