Av Karen G. Blaettler | Uppdaterad 24 mars 2022

Polymerer är de mångsidiga makromolekylerna som utgör grunden för både levande organismer och många vardagliga material. Eftersom hållbarhet blir en högsta prioritet är förståelse för naturliga polymerer – de som produceras av biologiska processer – avgörande för att utveckla miljövänliga alternativ till syntetisk plast.

TL;DR

Naturliga polymerer inkluderar cellulosa, kitin, stärkelse, sockerarter, proteiner (hud, muskler, spindelsilke, ull), DNA, RNA och naturgummi. De är i första hand kondensationspolymerer som bildas genom monomerbindning med vattenfrisättning.

Vad är polymerer?

Polymerer är långa kedjor av upprepade subenheter som kallas monomerer. Termen "poly" betyder många, "mono" betyder en och "mer" hänvisar till en del. När monomerer går samman skapar de en makromolekyl med distinkta egenskaper baserat på typen av monomer och dess arrangemang.

Hur monomerer ansluter

Monomerer länkar på två grundläggande sätt:

• Additionspolymerer – Monomerer fäster direkt och lägger till en enhet åt gången. De flesta syntetiska plaster, såsom polyeten, bildas på detta sätt.
• Kondensationspolymerer – monomerer binder samtidigt som de frigör en liten molekyl (vanligen vatten). Detta är den dominerande mekanismen för naturliga polymerer.

Eftersom kondensationsreaktioner genererar vatten som en biprodukt, uppvisar många naturliga polymerer hydrofila egenskaper.

Naturliga polymerer i detalj

Naturliga polymerer produceras av organismer och spelar avgörande roller i struktur, energilagring och kommunikation. Viktiga exempel är:

• Cellulosa – den primära strukturella komponenten i växtcellväggar.
• Chitin – finns i leddjurs exoskelett och svampcellväggar.
• Kolhydrater – Stärkelse (energireserver) och sockerarter (energibärare).
• Proteiner – 20 aminosyror kombineras i otaliga sekvenser för att bilda olika proteiner som hud, muskler, hår, naglar, fjädrar, hovar, päls och bindväv.
• Animaliska fibrer – ull och siden är proteinpolymerer; spindelsilke är känt för sin exceptionella styrka.
• Polynukleotider – DNA och RNA bär genetisk information.
• Naturgummi – polyisopren framställt av gummiträd.

Dessa polymerer är kondensationspolymerer, vilket innebär att de bildas genom att vatten avlägsnas under bindningsbildning.

Varför studera naturliga polymerer?

Att förstå strukturen och funktionen hos naturliga polymerer informerar utformningen av biologiskt nedbrytbara material, biobränslen och avancerade kompositer. Deras förnybara ursprung och biologiska nedbrytbarhet gör dem till attraktiva kandidater för att minska plastavfallet.

Syntetiska polymerer:en kontrast

Syntetiska polymerer erbjuder förutsägbara egenskaper, enhetlighet och förmågan att konstruera material för specifika applikationer. Exempel inkluderar:

• nylon
• epoxi
• polyeten
• plexiglas (akryl)
• styrofoam (expanderad polystyren)
• Kevlar® (aramidfiber)
• Teflon® (PTFE)

Även om syntetiska polymerer dominerar modern tillverkning, understryker deras uthållighet i miljön behovet av hållbara alternativ.

Slutsats

Naturliga polymerer – bildade av levande system – visar en anmärkningsvärd mångfald av funktioner och strukturer. Genom att studera dessa biogena makromolekyler kan forskare utveckla nästa generations material som kombinerar prestanda med miljövård.