モノマーは、生命を維持し、人工材料を提供する高分子の基礎を形成します。モノマーが集まって、ポリマーと呼ばれる巨大分子の長い鎖を形成します。さまざまな反応により、通常は触媒を介して重合が起こります。モノマーの多くの例が自然界に存在するか、産業で新しい高分子を作成するために使用されます。
TL;DR (長すぎる; 読んでいない)
モノマーは小さな単一分子です。化学結合を介して他のモノマーと結合すると、ポリマーになります。ポリマーは、タンパク質などの自然界にも、プラスチックなどの人工物にも存在します。
モノマーとは?
モノマーは小分子として存在します。それらは、化学結合を介してより大きな分子の基礎を形成します。これらの単位が繰り返し結合すると、ポリマーが形成されます。科学者のヘルマン・シュタウディンガーは、モノマーがポリマーを構成していることを発見しました。地球上の生命は、モノマーが他のモノマーに対して行う結合に依存しています。モノマーは、人工的にポリマーに構築することができ、その結果、重合と呼ばれるプロセスで他の分子と結合します。人々はこの能力を利用して、プラスチックやその他の人工ポリマーを製造しています。モノマーはまた、世界中の生物を構成する天然のポリマーになります。
自然界のモノマー
自然界に存在するポリマーは、他の分子と容易に結合する炭素を特徴とするモノマーから作られています。ポリマーを作成するために自然界で使用される方法には、分子を結合させながら水分子を除去する脱水合成が含まれます。一方、加水分解は、ポリマーをモノマーに分解する方法です。これは、酵素を介してモノマー間の結合を切断し、水を加えることによって発生します。酵素は化学反応を加速する触媒として働き、それ自体が大きな分子です。ポリマーをモノマーに分解するために使用される酵素の例は、デンプンを糖に変換するアミラーゼです。このプロセスは消化に使用されます。食品や医薬品の乳化、増粘、安定化にも天然ポリマーが使用されています。天然高分子のその他の例としては、次のようなものがあります:
- コラーゲン
- ケラチン
- DNA
- ゴム
- ウール
- とりわけ
単純糖モノマー
単糖は、単糖と呼ばれる単量体です。単糖類には、炭素、水素、および酸素分子が含まれています。これらのモノマーは、食品に含まれるエネルギー貯蔵分子である炭水化物として知られるポリマーを構成する長い鎖を形成することができます。グルコースは式C6のモノマーです H12 O6 つまり、基本形に 6 つの炭素、12 の水素、および 6 つの酸素があります。グルコースは主に植物の光合成によって作られ、動物にとって究極の燃料です。細胞は、細胞呼吸のためにグルコースを使用します。グルコースは、多くの炭水化物の基礎を形成します。他の単純な糖にはガラクトースとフルクトースが含まれ、これらも同じ化学式を持ちますが、構造的に異なる異性体です.ペントースは、リボース、アラビノース、キシロースなどの単糖です。糖モノマーを組み合わせると、二糖類 (2 つの糖から作られる) または多糖類と呼ばれるより大きなポリマーが作成されます。たとえば、スクロース (テーブル シュガー) は、グルコースとフルクトースの 2 つのモノマーの付加に由来する二糖類です。他の二糖類には、ラクトース (牛乳中の糖) とマルトース (セルロースの副産物) が含まれます。
多くのモノマーから作られる巨大な多糖類であるデンプンは、植物の主要なエネルギー貯蔵庫として機能し、水に溶けません。デンプンは、そのベースモノマーとして膨大な数のグルコース分子から作られています.でんぷんは、種子、穀物、および人や動物が消費する他の多くの食品を構成しています.プロテイン アミラーゼは、デンプンをベース モノマーであるグルコースに戻す働きをします。
グリコーゲンは、動物がエネルギー貯蔵のために使用する多糖類です。デンプンと同様に、グリコーゲンの基本モノマーはグルコースです。グリコーゲンは枝が多いという点でデンプンとは異なります。細胞がエネルギーを必要とするとき、グリコーゲンは加水分解によってブドウ糖に分解されます。
グルコースモノマーの長鎖は、植物の構造成分として世界中で見られる直鎖状の柔軟な多糖類であるセルロースも構成しています。セルロースには、地球の炭素の少なくとも半分が含まれています。反芻動物とシロアリを除いて、多くの動物はセルロースを完全に消化できません。
多糖類のもう 1 つの例は、より脆い高分子キチンで、昆虫や甲殻類などの多くの動物の殻を形成します。したがって、グルコースなどの単純な糖モノマーは、生物の基礎を形成し、生物の生存のためのエネルギーを生み出します。
脂肪のモノマー
脂肪は脂質の一種で、疎水性 (撥水性) のポリマーです。脂肪の基本モノマーは、脂肪酸と結合したヒドロキシル基を持つ 3 つの炭素を含むアルコール グリセロールです。脂肪は、単糖であるブドウ糖の 2 倍のエネルギーを生み出します。このため、脂肪は動物の一種のエネルギー貯蔵庫として機能します。 2 つの脂肪酸と 1 つのグリセロールを含む脂肪は、ジアシルグリセロールまたはリン脂質と呼ばれます。 3 つの脂肪酸の尾と 1 つのグリセロールを持つ脂質は、トリアシルグリセロール、油脂と呼ばれます。脂肪はまた、体とその中の神経、細胞内の原形質膜を絶縁します.
アミノ酸:タンパク質のモノマー
アミノ酸はタンパク質のサブユニットであり、自然界に存在するポリマーです。したがって、アミノ酸はタンパク質のモノマーです。塩基性アミノ酸は、アミン基 (NH3 ）、カルボキシル基（COOH）、およびR基（側鎖）。 20種類のアミノ酸が存在し、タンパク質を作るためにさまざまな組み合わせで使用されています.タンパク質は、生物に多くの機能を提供します。いくつかのアミノ酸モノマーがペプチド (共有) 結合を介して結合し、タンパク質を形成します。結合した 2 つのアミノ酸がジペプチドを構成します。 3つのアミノ酸が結合してトリペプチドを構成し、4つのアミノ酸が結合してテトラペプチドを構成します.この慣例により、4 つ以上のアミノ酸を持つタンパク質もポリペプチドという名前が付けられます。これらの 20 のアミノ酸のうち、ベース モノマーには、カルボキシル基とアミン基を持つグルコースが含まれます。したがって、グルコースはタンパク質の単量体とも呼ばれます。
アミノ酸は一次構造として鎖を形成し、アルファヘリックスとベータプリーツシートにつながる水素結合を伴う追加の二次形態が発生します。アミノ酸のフォールディングは、三次構造の活性タンパク質につながります。追加の折り畳みと曲げにより、コラーゲンなどの安定した複雑な四次構造が得られます。コラーゲンは動物の構造基盤を提供します。タンパク質ケラチンは、動物に皮膚、毛髪、羽毛を提供します。タンパク質は、生物の反応の触媒としても機能します。これらは酵素と呼ばれます。タンパク質は、細胞間の物質の伝達および移動手段として機能します。たとえば、アクチンというタンパク質は、ほとんどの生物にとってトランスポーターの役割を果たしています。タンパク質のさまざまな立体構造は、それぞれの機能につながります。タンパク質構造の変化は、タンパク質機能の変化に直接つながります。タンパク質は、細胞の遺伝子からの指示に従って作られます。タンパク質の相互作用と多様性は、タンパク質の基本モノマーであるグルコースベースのアミノ酸によって決まります。
モノマーとしてのヌクレオチド
ヌクレオチドは、タンパク質を構成するアミノ酸を構成するための青写真として機能します。ヌクレオチドは生物の情報を保存し、エネルギーを伝達します。ヌクレオチドは、デオキシリボ核酸 (DNA) やリボ核酸 (RNA) などの天然の直鎖ポリマー核酸のモノマーです。 DNA と RNA は、生物の遺伝暗号を保持しています。ヌクレオチドモノマーは、五炭糖、リン酸塩、および窒素含有塩基でできています。塩基には、プリンに由来するアデニンとグアニンが含まれます。ピリミジン由来のシトシンとチミン (DNA の場合) またはウラシル (RNA の場合)。
結合した糖と窒素含有塩基は、異なる機能をもたらします。ヌクレオチドは、生命に必要な多くの分子の基礎を形成します。その一例が、生物の主要なエネルギー伝達系であるアデノシン三リン酸 (ATP) です。アデニン、リボース、および 3 つのリン酸基が ATP 分子を構成します。ホスホジエステル結合は、核酸の糖を結合します。これらの結合は負電荷を持ち、遺伝情報を保存するための安定した高分子を生成します。糖リボースとアデニン、グアニン、シトシン、ウラシルを含むRNAは、細胞内でさまざまな働きをしています。 RNA は酵素として働き、DNA の複製を助け、タンパク質を作ります。 RNA は単一らせんの形で存在します。 DNAはより安定した分子であり、二重らせん構成を形成するため、細胞の一般的なポリヌクレオチドです。 DNA には、糖デオキシリボースと、分子のヌクレオチド塩基を構成する 4 つの窒素塩基であるアデニン、グアニン、シトシン、およびチミンが含まれています。 DNA の長さと安定性により、膨大な量の情報を保存できます。地球上の生命は、DNA と RNA のバックボーンを形成するヌクレオチド モノマーとエネルギー分子 ATP のおかげで存続しています。
プラスチック用モノマー
ビニルアルコールモノマーはポリマーポリ（ビニルアルコール）を形成します。この成分は子供用パテに含まれています。ポリカーボネートモノマーは、炭素で区切られた芳香環でできています。ポリカーボネートは、メガネや音楽ディスクで一般的に使用されています。発泡スチロールや断熱材に使用されるポリスチレンは、水素原子が芳香環に置換されたポリエチレン モノマーで構成されています。ポリ(クロロエテン)、別名ポリ(塩化ビニル)またはPVCは、クロロエテンのいくつかのモノマーから形成されます。 PVCは、建物のパイプやサイディングなどの重要なアイテムを構成しています。プラスチックは、次のような日用品に無限に役立つ材料を提供します:
- 車のヘッドライト
- 食品容器
- ペイント
- パイプ
- ファブリック
- 医療機器
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