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Monomeri e polimeri

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Ti sei mai chiesto come il tuo corpo sia in grado di digerire, immagazzinare informazioni o spostare oggetti? Le macromolecole presenti nel corpo svolgono le funzioni vitali necessarie alle cellule e sono essenziali per questi processi. Le macromolecole sono costituite da catene di monomeri che vanno a formare i polimeri.

Definizione di monomeri

I monomeri sono piccole molecole semplici che stanno alla base di molecole più grandi chiamate polimeri.

Mono- significa "uno" o "singolo", quindi i monomeri sono unità singole, individuali. Queste unità possono essere costituite da una singola molecola o da una combinazione di esse.

Definizione di polimeri

I polimeri sono molecole grandi e complesse costituite da insiemi di monomeri, ovvero unità ripetitive simili.

Poly- significa "molti" o "multi-", il che aiuta a ricordarti che un polimero è composto da molti monomeri.

La polimerizzazione è il processo mediante il quale i monomeri si uniscono per formare polimeri.

Per visualizzare monomeri e polimeri, pensa a un treno: ogni vagone rappresenta un monomero, mentre l'intero treno, composto da molti vagoni identici collegati tra loro, rappresenta un polimero.

Differenze tra monomeri e polimeri

La tabella seguente aiuta a ricapitolare in modo schematico le differenze tra monomeri e polimeri:

Differenze

Monomeri

Polimeri

Dimensioni

Piccole, molecole semplici

Grandi, molecole complesse

Elementi costitutivi

Possono avere diverse conformazioni. Sono piccole unità che vanno a costituire i polimeri.

Sono costituiti da lunghe catene di monomeri uniti tra di loro attraverso legami chimici.

Quali sono le tre categorie di monomeri?

Esistono tre categorie di monomeri: monosaccaridi, amminoacidi e nucleotidi.

Monosaccaridi

Quando i monosaccaridi si uniscono, formano polimeri definiti polisaccaridi (carboidrati o zuccheri complessi). Per questo motivo, i monosaccaridi sono i monomeri dei carboidrati complessi, come l'amido e la cellulosa. I monosaccaridi sono molecole organiche. Contengono atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno. Ne sono un esempio il glucosio, il fruttosio, il galattosio, il ribosio (presente nell'RNA) e il desossiribosio (presente nel DNA).

La figura 1 mostra le strutture ad anello di ciascun importante monosaccaride di sintesi.

Amminoacidi

Gli amminoacidi sono i mattoni dei polipeptidi (proteine). Per questo motivo, gli amminoacidi sono i monomeri delle proteine, come l'emoglobina e l'insulina. Così come i monosaccaridi, gli amminoacidi sono molecole organiche. Anch'essi contengono carbonio, idrogeno e ossigeno e, in aggiunta, azoto.

Gli amminoacidi sono costituiti da

  • un atomo di carbonio centrale

  • un gruppo amminico

  • un gruppo carbossilico

  • un gruppo organico R, unico per ogni amminoacido

Esempi di aminoacidi sono l'alanina e la valina.

Nucleotidi

I nucleotidi si uniscono per formare polinucleotidi (acidi nucleici). I nucleotidi sono quindi i monomeri degli acidi nucleici (DNA e RNA). Anche i nucleotidi sono molecole organiche, in quanto contengono carbonio e idrogeno. Sono inoltre composti da ossigeno, idrogeno e da uno a tre fosfati. I nucleotidi hanno come base un pentoso (uno zucchero a cinque carboidrati), collegato a una base azotata e a un gruppo fosfato. I nucleotidi del DNA hanno come base il desossiribosio, mentre quelli dell'RNA hanno il ribosio. La figura 3 illustra la struttura semplificata di un nucleotide. Si noti il legame fosfodiestere sul terzo atomo di carbonio, che lo collega al nucleotide successivo della catena.

Quali sono le tre categorie di polimeri?

I polimeri si dividono in tre gruppi: polisaccaridi, polipeptidi e polinucleotidi.

Tutti hanno una proprietà in comune: le loro lunghe catene sono costituite da unità simili che si ripetono: i monomeri.

Polisaccaridi (carboidrati complessi)

I polisaccaridi sono polimeri composti da più monosaccaridi. I carboidrati complessi sono polisaccaridi: amido, glicogeno e cellulosa. Tutti e tre sono composti da unità ripetute di glucosio. La figura 4 mostra la complessa struttura ramificata del polisaccaride glicogeno. I singoli cerchi ripetuti sono molecole di glucosio.

Polipeptidi (proteine)

I polipeptidi sono composti da monomeri di amminoacidi. Le proteine sono polipeptidi. Esempi di polipeptidi sono l'emoglobina, l'insulina e la cheratina. La figura 5 illustra la struttura primaria di una proteina. Come nell'immagine precedente, i singoli cerchi rappresentano gli aminoacidi.

Polinucleotidi (acidi nucleici)

I monomeri che formano i polinucleotidi sono nucleotidi. Gli acidi nucleici sono polinucleotidi. Dal punto di vista biologico, i polinucleotidi più essenziali sono il DNA e l'RNA.

Studiamo ora l'immagine qui sotto, che mostra una parte della struttura del DNA. Riesci a individuare i singoli nucleotidi?

Monomeri

Polimeri

Monosaccaridi (carboidrati o zuccheri semplici)

Polisaccaridi (carboidrati complessi)

Aminoacidi

Polipeptidi (proteine)

Nucleotidi

Polinucleotidi (acidi nucleici)

Le principali macromolecole biologiche sono quattro: carboidrati, proteine, acidi nucleici e lipidi. Ti starai quindi chiedendo: e i lipidi? Perché i lipidi non sono stati menzionati nei paragrafi precedenti? I lipidi non sono polimeri e gli acidi grassi e i gliceroli (che formano i lipidi) non sono monomeri. Vero è che i lipidi sono composti da unità più piccole (una combinazione di acidi grassi e glicerolo), ma queste unità non formano catene ripetitive. Di conseguenza, a differenza dei polimeri, i lipidi contengono una catena di unità non simili.

Come avviene il passaggio da monomeri a polimeri e viceversa?

I monomeri si uniscono con legami chimici per formare i polimeri. Questo processo è chiamato polimerizzazione.

Due diverse reazioni permettono di formare e rompere i polimeri: la reazione di condensazione e la reazione di idrolisi.

Vediamo come si presentano queste due reazioni in un diagramma. La figura 7 illustra un diagramma semplificato di come le reazioni di condensazione e idrolisi formano e rompono i polimeri. Ti invitiamo in particolare a notare l'aggiunta e la rimozione di molecole d'acqua.

Reazione di condensazione

Come descritto in precedenza, i monomeri devono unirsi per formare un polimero. I monomeri si uniscono tramite legami chimici chiamati legami covalenti. Nella formazione di questi legami, la protagonista è l'acqua, che viene rimossa durante la reazione di condensazione.

Tra i vari monomeri si possono formare tre tipi di legami covalenti: il legame glicosidico, quello peptidico e quello fosfodiestere.

La condensazione dei monosaccaridi porta alla formazione di polisaccaridi. Il legame che si forma tra i monosaccaridi è un legame glicosidico.

La condensazione degli amminoacidi porta alla formazione di polipeptidi. Il legame che si forma tra gli amminoacidi è un legame peptidico.

La condensazione dei nucleotidi porta alla formazione di polinucleotidi. Il legame che si forma tra i nucleotidi è un legame fosfodiestere.

Reazione di idrolisi

In alto, nella figura 7 (b), si può notare che i polimeri vengono scomposti durante la reazione di idrolisi.

L'idrolisi è l'opposto della condensazione, in quanto i legami covalenti tra i monomeri vengono spezzati, non creati, con l'aiuto dell'acqua. L'acqua non viene rimossa, bensì si unisce ai monomeri.

L'idrolisi dei polisaccaridi comporta la scomposizione della molecola nei suoi monomeri: i monosaccaridi. I legami glicosidici covalenti tra i monosaccaridi si rompono.

L'idrolisi dei polipeptidi comporta la scissione della molecola nei suoi monomeri: gli amminoacidi. I legami covalenti peptidici tra gli aminoacidi si rompono.

L'idrolisi dei polinucleotidi provoca la scissione della molecola nei suoi monomeri: i nucleotidi. I legami covalenti fosfodiestere tra i nucleotidi si rompono.

Come già detto, i lipidi non sono polimeri. Tuttavia, si formano tramite condensazione e vengono scomposti tramite idrolisi. Pertanto, la condensazione di acidi grassi e glicerolo porta alla formazione di lipidi. Allo stesso modo, l'idrolisi dei lipidi comporta la loro scomposizione in acidi grassi e glicerolo.

Monomeri e Polimeri - Punti chiave

  • I monomeri sono molecole semplici e le più piccole unità ripetitive dei polimeri.
  • I polimeri sono molecole molto grandi (macromolecole) costituite da singole unità ripetute (monomeri).
  • Esistono tre categorie di monomeri: monosaccaridi, amminoacidi e nucleotidi.
  • Esistono tre categorie di polimeri: polisaccaridi, polipeptidi e polinucleotidi.
  • La condensazione è una reazione durante la quale si formano legami covalenti tra monomeri che si uniscono per formare polimeri. I legami covalenti che si formano tra i vari monomeri durante la condensazione sono legami glicosidici, peptidici e fosfodiestere.
  • L'idrolisi è una reazione durante la quale i legami covalenti tra i monomeri si rompono, dando luogo alla scomposizione dei polimeri in monomeri.

Domande frequenti riguardo Monomeri e polimeri

I monomeri sono piccole molecole semplici e in grado di combinarsi ricorsivamente con altre molecole complementari per formare macromolecole o polimeri.

Un polimero è una molecola grande, complessa e costituita da una catena o più di unità monomeriche.

Alcuni esempi di polimeri sono il glicogeno o l'amido (polisaccaridi) e le proteine o polipeptidi (polimeri di aminoacidi).

I materiali polimerici sono costituiti da catene di monomeri e possono essere di origine naturale (cellulosa) o artificiale (PVC e PET).

I lipidi non sono divisi propriamente in monomeri e polimeri, tuttavia sono costituiti da due elementi di base, il glicerolo e gli acidi grassi.

Quiz Finale Monomeri e polimeri

I monomeri sono piccole molecole che formano molecole più grandi chiamate polimeri.

Vero

I polimeri sono molecole costituite da monomeri che si uniscono tra loro. 

Vero

Quali sono le tre categorie di monomeri? 

Monosaccaridi, aminoacidi e nucleotidi.

Quali sono le tre categorie di polimeri? 

Polisaccaridi (carboidrati complessi), polipeptidi (proteine) e polinucleotidi (acidi nucleici).

I lipidi non sono polimeri e gli acidi grassi e i gliceroli non sono monomeri.

Vero

I monomeri si uniscono con tramite polimerizzazione per formare i polimeri.

Vero

L'idrolisi è l'opposto della condensazione.

Vero

I monosaccaridi si uniscono a formare...

polisaccaridi.

Gli amminoacidi si uniscono a formare...

polipeptidi.

I nucleotidi si uniscono a formare...

polinucleotidi.

La struttura dei nucleotidi comprende una base pentosa, una base azotata e quale altro gruppo?

Gruppo fosfato

Quali sono i polinucleotidi più importanti dal punto di vista biologico?

DNA e RNA

Come si chiama il fenomeno per cui i monomeri si uniscono a formare i polimeri?

Polimerizzazione

Come si chiama la reazione alla base della formazione dei polimeri?

Reazione di condensazione.

Come si chiama la reazione alla basa della scomposizione dei polimeri in monomeri?

Reazione di idrolisi

Come si chiamano i diversi legami covalenti tra i monomeri?

Legami glicosidici, peptidici e fosfodiestere.

Definisci brevemente la reazione di idrolisi.

L'idrolisi può essere considerata la scissione in ambiente acquoso dei legami che costituiscono una molecola organica o inorganica in composti più semplici.

Quali sono le caratteristiche principali della reazione di idrolisi?

L'idrolisi è una reazione biochimica che consiste nella scissione di un polimero nei suoi monomeri tramite l'aggiunta di una molecola d'acqua per ogni legame covalente spezzato e liberando energia.

Quali condizioni sfavoriscono la reazione di idrolisi?

In assenza di acqua o in condizioni di temperatura e pH non ottimale la reazione di idrolisi viene sfavorita.

Quali enzimi sono deputati alla catalizzazione della reazione di idrolisi?

Le idrolasi.

Cosa comporta la reazione di idrolisi nei polisaccaridi?

La reazione di idrolisi dei polisaccaridi li scompone in monomeri: monosaccaridi. Si aggiunge acqua e si rompono i legami glicosidici covalenti tra i monosaccaridi. 

Che cosa comporta la reazione di idrolisi nelle proteine?

La reazione di idrolisi dei polimeri polipeptidici li scinde in monomeri che sono gli amminoacidi. Si aggiunge acqua e si rompono i legami peptidici covalenti tra gli amminoacidi. 

Che cosa comporta la reazione di idrolisi nei nucleotidi?

La reazione di idrolisi dei polimeri polinucleotidici li scinde in monomeri: nucleotidi. Si aggiunge acqua e si rompono i legami covalenti fosfodiestere tra i nucleotidi.

Che cosa succede durante la reazione di idrolisi dei lipidi?

Durante la reazione di idrolisi dei lipidi, questi vengono scomposti nei loro componenti, gli acidi grassi e il glicerolo. 

L'idrolisi è fondamentale per il normale funzionamento delle cellule.

vero

Senza l'idrolisi, le cellule non potrebbero funzionare correttamente.

vero

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