Os monômeros formam a base das macromoléculas que sustentam a vida e fornecem materiais artificiais. Os monômeros se agrupam para formar longas cadeias de macromoléculas chamadas polímeros. Várias reações levam à polimerização, geralmente via catalisadores. Inúmeros exemplos de monômeros existem na natureza ou são usados em indústrias para criar novas macromoléculas.
TL; DR (muito tempo; não lia)
Os monômeros são pequenas moléculas únicas. Quando combinados com outros monômeros por meio de ligações químicas, eles produzem polímeros. Os polímeros existem tanto na natureza, como nas proteínas, ou podem ser fabricados pelo homem, como nos plásticos.
O que são monômeros?
Os monômeros se apresentam como pequenas moléculas. Eles formam a base de moléculas maiores através de ligações químicas. Quando essas unidades são unidas em repetição, um polímero é formado. O cientista Hermann Staudinger descobriu que os monômeros compõem polímeros. A vida na Terra depende das ligações que os monômeros fazem com outros monômeros. Os monômeros podem ser artificialmente construídos em polímeros, que consequentemente se juntam a outras moléculas no processo chamado polimerização. As pessoas utilizam essa capacidade de fabricar plásticos e outros polímeros artificiais. Os monômeros também se tornam polímeros naturais que compõem os organismos vivos do mundo.
Monômeros na natureza
Entre os monômeros do mundo natural estão açúcares simples, ácidos graxos, nucleotídeos e aminoácidos. Os monômeros na natureza se unem para formar outros compostos. Os alimentos nas formas de carboidratos, proteínas e gorduras derivam da ligação de vários monômeros. Outros monômeros podem formar gases; por exemplo, o metileno (CH 2) pode se unir para formar etileno, um gás encontrado na natureza e responsável pelo amadurecimento de frutas. O etileno, por sua vez, serve como monômero de base para outros compostos, como o etanol. Ambas as plantas e organismos produzem polímeros naturais.
Os polímeros encontrados na natureza são feitos de monômeros que apresentam carbono, que se liga facilmente a outras moléculas. Os métodos usados na natureza para criar polímeros incluem a síntese da desidratação, que une as moléculas, mas resulta na remoção de uma molécula de água. A hidrólise, por outro lado, representa um método de decomposição de polímeros em monômeros. Isso ocorre através da quebra de ligações entre monômeros, através de enzimas e adição de água. As enzimas funcionam como catalisadores para acelerar as reações químicas e são elas próprias grandes moléculas. Um exemplo de uma enzima usada para quebrar um polímero em um monômero é a amilase, que converte amido em açúcar. Este processo é usado na digestão. As pessoas também usam polímeros naturais para emulsificação, espessamento e estabilização de alimentos e medicamentos. Alguns exemplos adicionais de polímeros naturais incluem colágeno, queratina, DNA, borracha e lã, entre outros.
Monômeros simples de açúcar
Açúcares simples são monômeros chamados monossacarídeos. Os monossacarídeos contêm moléculas de carbono, hidrogênio e oxigênio. Esses monômeros podem formar cadeias longas que compõem polímeros conhecidos como carboidratos, as moléculas de armazenamento de energia encontradas nos alimentos. A glicose é um monômero com a fórmula C 6H 6O 12O, ou seja, possui seis carbonos, doze hidrogênios e seis oxigênio na sua forma básica. A glicose é produzida principalmente via fotossíntese nas plantas e é o combustível definitivo para os animais. As células usam glicose para a respiração celular. A glicose forma a base de muitos carboidratos. Outros açúcares simples incluem galactose e frutose, e estes também possuem a mesma fórmula química, mas são isômeros estruturalmente diferentes. As pentoses são açúcares simples, como ribose, arabinose e xilose. A combinação dos monômeros de açúcar cria dissacarídeos (feitos de dois açúcares) ou polímeros maiores chamados polissacarídeos. Por exemplo, a sacarose (açúcar de mesa) é um dissacarídeo derivado da adição de dois monômeros, glicose e frutose. Outros dissacarídeos incluem lactose (açúcar no leite) e maltose (subproduto da celulose).
Um polissacarídeo enorme feito de muitos monômeros, o amido serve como o principal armazenamento de energia para as plantas e não pode ser dissolvido na água . O amido é produzido a partir de um grande número de moléculas de glicose como monômero base. O amido compõe sementes, grãos e muitos outros alimentos que pessoas e animais consomem. A proteína amilase trabalha para reverter o amido na glicose monomérica de base.
O glicogênio é um polissacarídeo usado pelos animais para armazenamento de energia. Semelhante ao amido, o monômero de base do glicogênio é a glicose. O glicogênio difere do amido por ter mais ramificações. Quando as células precisam de energia, o glicogênio pode ser decomposto por hidrólise de volta à glicose.
Cadeias longas de monômeros de glicose também compõem a celulose, um polissacarídeo linear e flexível encontrado em todo o mundo como um componente estrutural nas plantas. A celulose abriga pelo menos metade do carbono da Terra. Muitos animais não conseguem digerir completamente a celulose, com exceção de ruminantes e cupins.
Outro exemplo de polissacarídeo, a quitina de macromolécula mais quebradiça, forja as conchas de muitos animais, como insetos e crustáceos. Monômeros simples de açúcar, como a glicose, formam a base dos organismos vivos e produzem energia para sua sobrevivência.
Monômeros de gorduras
As gorduras são um tipo de lipídios, polímeros hidrofóbicos (repelentes à água). O monômero base para gorduras é o álcool glicerol, que contém três carbonos com grupos hidroxila combinados com ácidos graxos. As gorduras produzem o dobro de energia que o açúcar simples, a glicose. Por esse motivo, as gorduras servem como uma espécie de armazenamento de energia para os animais. Gorduras com dois ácidos graxos e um glicerol são chamados diacilgliceróis, ou fosfolipídios. Os lipídios com três caudas de ácidos graxos e um glicerol são chamados triacilgliceróis, gorduras e óleos. As gorduras também fornecem isolamento para o corpo e os nervos dentro dele, bem como as membranas plasmáticas das células.
Aminoácidos: monômeros de proteínas
Um aminoácido é uma subunidade da proteína, um polímero encontrado em toda a natureza. Um aminoácido é, portanto, o monômero da proteína. Um aminoácido básico é produzido a partir de uma molécula de glicose com um grupo amina (NH 3), um grupo carboxila (COOH) e um grupo R (cadeia lateral). Existem 20 aminoácidos e são usados em várias combinações para produzir proteínas. As proteínas fornecem inúmeras funções para os organismos vivos. Vários monômeros de aminoácidos se unem através de ligações peptídicas (covalentes) para formar uma proteína. Dois aminoácidos ligados formam um dipeptídeo. Três aminoácidos unidos formam um tripeptídeo e quatro aminoácidos formam um tetrapeptídeo. Com esta convenção, proteínas com mais de quatro aminoácidos também têm o nome de polipeptídeos. Destes 20 aminoácidos, os monômeros de base incluem glicose com grupos carboxil e amina. Portanto, a glicose também pode ser chamada de monômero de proteína. Os aminoácidos formam cadeias como estrutura primária, e formas secundárias adicionais ocorrem com ligações de hidrogênio, levando a hélices alfa e folhas plissadas beta. A dobragem de aminoácidos leva a proteínas ativas na estrutura terciária. Dobras e dobras adicionais produzem estruturas quaternárias estáveis e complexas, como o colágeno. O colágeno fornece bases estruturais para os animais. A proteína queratina fornece aos animais pele, cabelos e penas. As proteínas também servem como catalisadores para reações em organismos vivos; estes são chamados enzimas. As proteínas servem como comunicadores e movimentadores de material entre as células. Por exemplo, a proteína actina desempenha o papel de transportador para a maioria dos organismos. As estruturas tridimensionais variáveis das proteínas levam às suas respectivas funções. Alterar a estrutura da proteína leva diretamente a uma alteração na função da proteína. As proteínas são produzidas de acordo com as instruções dos genes de uma célula. As interações e a variedade de uma proteína são determinadas pelo seu monômero básico de proteínas, aminoácidos à base de glicose.
Nucleotídeos como monômeros
Os nucleotídeos servem como modelo para a construção de aminoácidos, que por sua vez compreendem proteínas. Os nucleotídeos armazenam informações e transferem energia para os organismos. Os nucleotídeos são os monômeros de ácidos nucleicos poliméricos lineares naturais, como o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o ácido ribonucleico (RNA). DNA e RNA carregam o código genético de um organismo. Os monômeros de nucleotídeos são feitos de açúcar com cinco carbonos, fosfato e base nitrogenada. As bases incluem adenina e guanina, que são derivadas da purina; e citosina e timina (para DNA) ou uracil (para RNA), derivados da pirimidina.
O açúcar combinado e a base nitrogenada produzem funções diferentes. Os nucleotídeos formam a base de muitas moléculas necessárias para a vida. Um exemplo é o adenosina trifosfato (ATP), o principal sistema de entrega de energia para os organismos. Adenina, ribose e três grupos fosfato compõem moléculas de ATP. As ligações fosfodiéster conectam os açúcares dos ácidos nucleicos. Essas ligações possuem cargas negativas e produzem uma macromolécula estável para armazenar informações genéticas. O RNA, que contém o açúcar ribose e adenina, guanina, citosina e uracil, funciona de vários métodos dentro das células. O RNA serve como uma enzima e auxilia na replicação do DNA, além de produzir proteínas. O RNA existe em uma forma de hélice única. O DNA é a molécula mais estável, formando uma configuração de dupla hélice e, portanto, o polinucleotídeo predominante para as células. O DNA contém a desoxirribose de açúcar e as quatro bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina e timina, que compõem a base nucleotídica da molécula. O longo comprimento e estabilidade do DNA permitem o armazenamento de enormes quantidades de informação. A vida na Terra deve sua continuação aos monômeros nucleotídicos que formam a espinha dorsal do DNA e RNA, bem como à molécula de energia ATP.
Monômeros para plásticos
A polimerização representa a criação de polímeros sintéticos por meio de reações químicas. Quando os monômeros são unidos como cadeias em polímeros sintéticos, essas substâncias se tornam plásticas. Os monômeros que compõem os polímeros ajudam a determinar as características dos plásticos que fabricam. Todas as polimerizações ocorrem em uma série de iniciação, propagação e terminação. A polimerização requer vários métodos para o sucesso, como combinações de calor e pressão e a adição de catalisadores. A polimerização também requer hidrogênio para terminar uma reação.
Diferentes fatores nas reações influenciam a ramificação ou as cadeias de um polímero. Os polímeros podem incluir uma cadeia do mesmo tipo de monômero, ou podem incluir dois ou mais tipos de monômeros (copolímeros). "Polimerização por adição" refere-se a monômeros adicionados juntos. " refere-se à polimerização usando apenas parte de um monômero. A convenção de nomenclatura para monômeros ligados sem perda de átomos é adicionar "poli" ao nome do monômero. Muitos novos catalisadores criam novos polímeros para diferentes materiais.
Um dos monômeros básicos para a fabricação de plásticos é o etileno. Este monômero se liga a si próprio ou a muitas outras moléculas para formar polímeros. O monômero etileno pode ser combinado em uma cadeia chamada polietileno. Dependendo das características, esses plásticos podem ser polietileno de alta densidade (HDPE) ou polietileno de baixa densidade (LDPE). Dois monômeros, etileno glicol e tereftaloil, formam o polímero poli (tereftalato de etileno) ou PET, usado em garrafas plásticas. O monômero propileno forma o polímero polipropileno através de um catalisador que rompe suas ligações duplas. O polipropileno (PP) é usado para embalagens plásticas de alimentos e sacos com cavacos.
Os monômeros de álcool vinílico formam o polímero poli (álcool vinílico). Este ingrediente pode ser encontrado na massa para crianças. Os monômeros de policarbonato são feitos de anéis aromáticos separados por carbono. O policarbonato é comumente usado em copos e discos de música. O poliestireno, usado no isopor e no isolamento, é composto por monômeros de polietileno com um anel aromático substituído por um átomo de hidrogênio. O poli (cloroeteno), também conhecido como poli (cloreto de vinila) ou PVC, é formado a partir de vários monômeros de cloroeteno. O PVC compõe itens tão importantes como tubos e revestimentos para edifícios. O plástico fornece materiais infinitamente úteis para itens do cotidiano, como faróis de automóveis, recipientes para alimentos, tintas, tubos, tecidos, equipamentos médicos e muito mais.
Polímeros feitos de monômeros repetidos e ligados formam a base de grande parte do que os humanos e outros organismos encontram na Terra. Compreender o papel básico de moléculas simples, como monômeros, gera uma maior compreensão da complexidade do mundo natural. Ao mesmo tempo, esse conhecimento pode levar à construção de novos polímeros que podem proporcionar grandes benefícios.
