Esa cadena lineal a la que todas las demás cadenas, largas o cortas o ambas,
pueden considerarse colgantes. Nota : Cuando dos o más cadenas
podrían considerarse igualmente como la cadena principal, se
selecciona aquella que conduce a la representación más simple de la
molécula. [1]
En la ciencia de los polímeros , la cadena principal de un polímero es la serie más larga de átomos unidos covalentemente que juntos crean la cadena continua de la molécula . Esta ciencia se subdivide en el estudio de polímeros orgánicos, que consisten en un esqueleto de carbono , y polímeros inorgánicos que tienen esqueletos que contienen solo elementos del grupo principal .
En bioquímica , las cadenas principales orgánicas constituyen la estructura primaria de las macromoléculas . La columna vertebral de estas macromoléculas biológicas consisten en cadenas centrales de átomos unidos covalentemente. Las características y el orden de los residuos de monómeros en la columna vertebral hacen un mapa de la estructura compleja de los polímeros biológicos (ver Estructura biomolecular ). La columna vertebral está, por tanto, directamente relacionada con la función de las moléculas biológicas. Las macromoléculas dentro del cuerpo se pueden dividir en cuatro subcategorías principales, cada una de las cuales está involucrada en procesos biológicos muy diferentes e importantes: proteínas , carbohidratos , lípidos y ácidos nucleicos . [2] Cada una de estas moléculas tiene una estructura diferente y consta de diferentes monómeros, cada uno con residuos y funcionalidades distintivas. Este es el factor impulsor de sus diferentes estructuras y funciones en el cuerpo. Aunque los lípidos tienen una "columna vertebral", no son verdaderos polímeros biológicos, ya que su columna vertebral es una molécula de tres carbonos, glicerol , con sustituyentes " cadenas laterales " más largas . Por esta razón, solo las proteínas, los carbohidratos y los ácidos nucleicos deben considerarse macromoléculas biológicas con esqueletos poliméricos. [3]
Caracteristicas
Química de polímeros
El carácter de la cadena principal depende del tipo de polimerización: en la polimerización de crecimiento por etapas , el resto de monómero se convierte en la cadena principal y, por lo tanto, la cadena principal es típicamente funcional. Estos incluyen politiofenos o polímeros de banda prohibida baja en semiconductores orgánicos . [4] En la polimerización por crecimiento de cadena , que se aplica típicamente a los alquenos , el esqueleto no es funcional, pero lleva las cadenas laterales funcionales o los grupos colgantes .
El carácter de la columna vertebral, es decir, su flexibilidad, determina las propiedades térmicas del polímero (como la temperatura de transición vítrea). Por ejemplo, en los polisiloxanos (silicona), la cadena principal es muy flexible, lo que da como resultado una temperatura de transición vítrea muy baja de -123 ° C (-189 ° F; 150 K). [5] Los polímeros con cadenas principales rígidas son propensos a la cristalización (por ejemplo, politiofenos ) en películas delgadas y en solución . La cristalización, a su vez, afecta las propiedades ópticas de los polímeros, su banda prohibida óptica y los niveles electrónicos. [6]
Bioquímica
Existen algunas similitudes y muchas diferencias inherentes al carácter de las cadenas principales de biopolímeros . La columna vertebral de cada uno de los tres polímeros biológicos; proteínas , carbohidratos y ácidos nucleicos , se forma a través de una reacción de condensación neta . En una reacción de condensación, los monómeros están conectados covalentemente junto con la pérdida de alguna molécula pequeña, más comúnmente agua. [7] Debido a que se polimerizan a través de complejos mecanismos enzimáticos , ninguna de las cadenas principales de los biopolímeros se forma mediante la eliminación de agua, sino mediante la eliminación de otras pequeñas moléculas biológicas. Cada uno de estos biopolímeros se puede caracterizar como un heteropolímero , lo que significa que consta de más de un monómero ordenado en la cadena principal, o un homopolímero, que consta de un solo monómero repetido. Los polipéptidos y los ácidos nucleicos son muy comúnmente heteropolímeros, mientras que las macromoléculas de carbohidratos comunes, como el glucógeno, pueden ser homopolímeros. Esto se debe a que las diferencias químicas de los monómeros de péptidos y nucleótidos determinan la función biológica de sus polímeros, mientras que los monómeros de carbohidratos comunes tienen una función general, como el almacenamiento y el suministro de energía.
Descripción general de la columna vertebral común
Química de polímeros
- alcano saturado (típico de los polímeros vinílicos )
- Polímeros de crecimiento escalonado ( polianilina , politiofeno , PEDOT ) columna vertebral. Estos a menudo tienen heterociclos derivatizados como monómeros, tales como tiofenos , diazoles o pirroles .
- columna vertebral de fullereno [8]
Biología
Proteínas (polipéptidos)
Las proteínas son moléculas biológicas importantes y juegan un papel integral en la estructura y función de virus , bacterias y células eucariotas. Sus cadenas principales se caracterizan por enlaces amida formados por la polimerización entre grupos amino y ácido carboxílico unidos al carbono alfa de cada uno de los veinte aminoácidos . Estas secuencias de aminoácidos son traducidas de los ARNm celulares por los ribosomas en el citoplasma de la célula. [9] Los ribosomas tienen actividad enzimática que dirige la reacción de condensación formando el enlace amida entre cada aminoácido sucesivo. Esto sucede durante un proceso biológico conocido como traducción . En este mecanismo enzimático, una lanzadera de ARNt unido covalentemente actúa como grupo saliente para la reacción de condensación. El ARNt recién liberado puede "recoger" otro péptido y participar continuamente en esta reacción. [10] La secuencia de los aminoácidos en la columna vertebral del polipéptido se conoce como la estructura primaria de la proteína. Esta estructura primaria conduce al plegamiento de la proteína en la estructura secundaria , formada por enlaces de hidrógeno entre los oxígenos de carbonilo y los hidrógenos de amina en la cadena principal. Otras interacciones entre los residuos de los aminoácidos individuales forman la estructura terciaria de la proteína . Por este motivo, la estructura primaria de los aminoácidos en el esqueleto polipeptídico es el mapa de la estructura final de una proteína y, por tanto, indica su función biológica. [11] [2] Las posiciones espaciales de los átomos de la columna vertebral se pueden reconstruir a partir de las posiciones de los carbonos alfa utilizando herramientas computacionales para la reconstrucción de la columna vertebral. [12]
Carbohidratos
Los carbohidratos tienen muchas funciones en el cuerpo, incluido el funcionamiento como unidades estructurales, cofactores enzimáticos y sitios de reconocimiento de la superficie celular . Su función más frecuente es el almacenamiento y la entrega de energía en las vías metabólicas celulares . Los carbohidratos más simples son residuos individuales de azúcar llamados monosacáridos como la glucosa , la molécula de suministro de energía de nuestro cuerpo. Los oligosacáridos (hasta 10 residuos) y los polisacáridos (hasta aproximadamente 50.000 residuos) consisten en residuos de sacáridos unidos en una cadena principal, que se caracteriza por un enlace éter conocido como enlace glicosídico . En la formación del glucógeno en el cuerpo , el polímero de almacenamiento de energía, este enlace glucosídico está formado por la enzima glucógeno sintasa . El mecanismo de esta reacción de condensación impulsada enzimáticamente no está bien estudiado, pero se sabe que la molécula UDP actúa como un enlazador intermediario y se pierde en la síntesis. [13] Estas cadenas principales pueden ser no ramificadas (que contienen una cadena lineal) o ramificadas (que contienen múltiples cadenas). Los enlaces glicosídicos se denominan alfa o beta dependiendo de la estereoquímica relativa del carbono anomérico (o más oxidado ). En una proyección de Fischer , si el enlace glicosídico está en el mismo lado o cara que el carbono 6 de un sacárido biológico común, el carbohidrato se designa como beta y si el enlace está en el lado opuesto se designa como alfa . En una proyección tradicional de " estructura de silla ", si el enlace está en el mismo plano (ecuatorial o axial) que el carbono 6, se designa como beta y en el plano opuesto se designa como alfa . Esto se ejemplifica en sacarosa (azúcar de mesa) que contiene un enlace que es alfa a glucosa y beta a fructosa . Generalmente, los carbohidratos que nuestro cuerpo descompone están ligados alfa (ejemplo: glucógeno) y aquellos que tienen función estructural están ligados beta (ejemplo: celulosa ). [2] [14]
Ácidos nucleicos
El ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN) son de gran importancia porque codifican la producción de todas las proteínas celulares . Están formados por monómeros llamados nucleótidos que consisten en una base orgánica : A , G , C y T o U , un azúcar pentosa y un grupo fosfato . Tienen una columna vertebral en la que el carbono 3 'del azúcar ribosa está conectado al grupo fosfato a través de un enlace fosfodiéster . Este enlace se forma con la ayuda de una clase de enzimas celulares llamadas polimerasas . En esta reacción de condensación impulsada enzimáticamente, todos los nucleótidos entrantes tienen una ribosa trifosforilada que pierde un grupo pirofosfato para formar el enlace fosfodiéster inherente. Esta reacción es impulsada por el gran cambio de energía libre negativo asociado con la liberación de pirofosfato. La secuencia de bases en la cadena principal del ácido nucleico también se conoce como estructura primaria. Los ácidos nucleicos pueden tener millones de nucleótidos de largo, lo que conduce a la diversidad genética de la vida. Las bases sobresalen de la cadena principal del polímero de pentosa-fosfato en el ADN y están unidas por enlaces de hidrógeno en pares a sus socios complementarios (A con T y G con C). Esto crea una doble hélice con cadenas principales de pentosa fosfato a cada lado, formando así una estructura secundaria . [15] [2] [16]
Referencias
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Ver también
- Grupo colgante
- Péptido