Polímeros naturales.

Polímeros naturales  

Las principales categorías de los biopolímeros son polisacáridos (almidón, quitina, quitosano, celulosa y sus derivados), Degradación térmica de quitina y quitosano (aminoácidos, enzimas y péptidos) y poli nucleótidos (poliésteres de ácido fosfórico y nucleótidos). Al contar con una gran diversidad de aplicaciones, los biopolímeros han atraído la atención de muchos investigadores, particularmente en bioquímica e ingeniería de materiales, lo cual incentiva el estudio a profundidad de estos compuestos, incluyendo los estudios de degradación térmica de estos materiales [1]. La quitina (del griego Tunik, envoltura) se encuentra distribuida ampliamente en la naturaleza y, después de la celulosa es el segundo polisacárido en abundancia. La producción de este biomaterial prácticamente se basa en el tratamiento de las conchas de diversos tipos de crustáceos (camarones, langostas, cangrejos, y krill). Por su parte, el quitosano se puede encontrar de forma natural en las paredes celulares de algunas plantas y hongos (por ejemplo en el Mucor rouxii llega a representar un tercio de su masa). Sin embargo, la fuente más importante de quitosano, lo constituye la quitina mediante un proceso de desacetilación química o enzimática [2]. El quitosano, existe en pequeñas cantidades en varios tipos de hongos y se utiliza principalmente como producto químico de la quitina [3]. Debido a sus propiedades especiales biológicas, químicas y físicas, el quitosano y sus derivados tiene aplicaciones en varias actividades industriales y agrícolas [4]. La degradación térmica de polímeros ha sido uno de los estudios de mayor auge en comparación con los distintos análisis térmicos. Este estudio degradativo se ha aplicado a polímeros naturales y sintéticos, del cual se obtiene información valiosa como por ejemplo: el mecanismo de degradación, predicción de la estabilidad térmica y cinética de degradación de estos materiales bajo una atmósfera inerte y oxidativa [5]. El análisis de la degradación térmica se lleva a cabo con la aplicación de una serie de modelos cinéticos específicos para este tipo de análisis, los cuales se pueden aplicar al proceso degradativo de los biopolímeros y además se ajustan a los análisis dinámicos de degradación térmica.[pic 1]

Los polímeros naturales incluyen el ARN y el ADN que son tan importantes en los genes y los procesos de la vida. De hecho, el ARN mensajero es lo que hace posibles proteínas, péptidos y enzimas. Las enzimas ayudan a hacer la química dentro de los organismos que viven y péptidos compensar algunos de los componentes estructurales más interesantes de la piel, el pelo, e incluso los cuernos de rinocerontes. Otros polímeros naturales incluyen polisacáridos (polímeros de azúcar) y polipéptidos como la seda, queratina, y el cabello. El caucho natural es, naturalmente, un polímero natural también, a partir de tan sólo carbono e hidrógeno. Veamos cada una de las principales familias de polímeros naturales de cerca.

Polisacáridos  ADN y ARN[pic 2]

ARN y ADN contiene cadenas principales de polímeros que se basan en unidades de azúcar. Esto les hace polisacáridos, aunque en el caso de ARN y ADN, hay grupos bien ordenadas unidos a las unidades de azúcar que dan estos polímeros sus capacidades únicas.

Madera y patatas

Otra familia de polisacáridos incluye almidón y la celulosa. El almidón es un polisacárido de alto peso molecular. Los alimentos como el pan, el maíz y las patatas están llenas de almidón. El almidón puede tener hasta 10.000 unidades de azúcar unidas todas estas. La forma en que estas unidades se vinculan, todo en una disposición lineal o con algunos de ellos forman ramas, determina qué tipo de almidón o polisacárido es (más sobre esto más adelante). Otro miembro muy importante de la familia polisacárido es celulosa. Este es el polímero principal que hace que las plantas y los árboles. La madera se celulosa principalmente Este polímero es diferente de almidón [6]. (Haga clic aquí para obtener más información.) El almidón es el agua caliente n soluble y se puede hacer fácilmente en objetos útiles. La celulosa, por otro lado, es altamente cristalino y casi totalmente insoluble en nada. El algodón es una forma de celulosa que se utiliza en la mayor parte de nuestra ropa. El hecho de que es insoluble en agua caliente es importante. Si no fuese así nuestra ropa se disolvería cuando los lavados. La celulosa también tiene la propiedad ordenada que cuando usted se orinó en ella y ejecuta un hierro caliente sobre ella, que suaviza y aplana hacia abajo. Esto hace que nuestra ropa de algodón se ven bien (al menos por un tiempo), pero todavía les permite limpiar fácilmente cuando las lavamos.

La quitina: El polímero para el marisco amante en Ti!

Otro miembro de los polisacáridos es quitina. Lo compensa con las conchas de los cangrejos, camarones, cangrejos, langostas y otros crustáceos. Es difícil, insoluble y sin embargo flexible. No hemos encontrado la manera de hacer que los polímeros sintéticos que tienen esta combinación de propiedades ordenada [7]. Tampoco hemos encontrado la manera de hacer mucho con quitina, aunque nosotros utilizamos celulosa para una gran cantidad de aplicaciones químicas y para hacer papel, casas de madera, zapatos de madera, y similares. Hay una gran cantidad de investigación en marcha para utilizar quitina para cosas diferentes, y tal vez algún día nos va a hacer ropa o plástico fuera de él. Esta es un área de investigación que es importante, ya que utiliza polímeros naturales que provienen de recursos renovables o productos de desecho.

Químicamente, la quitina es el poli ( N acetil glucosamina). Aquí está su estructura:        

[pic 3]

Proteínas y polipéptidos

Las proteínas

Las proteínas fueron los primeros ejemplos de poliamidas (una palabra elegante para nylon ). Ambos comparten muchos rasgos comunes, pero son muy diferentes en la forma en que se hacen y en sus propiedades físicas. Ellos se parecen en que ambos contienen enlaces amida en la cadena principal. Amidas están hechas de grupos de ácido carboxílico y grupos amina a través de la pérdida de agua. (Para más información sobre esto haga clic aquí.) El segmento molecular amida es único en su estructura y las interacciones intermoleculares. Debido a la hibridación del nitrógeno, carbono y oxígeno del grupo amida, el segmento es básicamente plana. Más importante aún, el hidrógeno en el nitrógeno y el oxígeno del carbonilo son capaces de una interacción fuerte llamado un enlace de hidrógeno. Debido a esto, los grupos amida como entre sí algún tanto que para las asociaciones fuertes que dan polímeros que contienen amida propiedades inusuales. Este tipo de interacción también se discute en la sección sobre medias de nylon, y es la similitud clave entre poliamidas naturales y sintéticas.[pic 4]

Las diferencias entre la forma en que la naturaleza hace medias de nylon y la forma en que lo hace es sorprendente. Nosotros partimos especialmente a partir de moléculas que tienen una gran cantidad de CH 2 grupos en ellos. La sección en medias de nylon muestra estructuras de nylon 6 y nylon 6,6, dos de las poliamidas sintéticas más comunes. Poseen cuatro, cinco, o seis CH 2 grupos entre las unidades de amida. La naturaleza, sin embargo, es mucho más económico, la elección de utilizar un solo carbono entre los grupos amida. Lo que la naturaleza lo hace diferente es sustituir este carbono con una gran cantidad de diferentes segmentos y grupos funcionales.

Proteínas y polipéptidos

Las enzimas  

Las enzimas son uno de los principales tipos de polipéptidos y son cruciales para la vida en la tierra. Todos los organismos vivos utilizan enzimas para hacer, modificar y trocear los polímeros descritos aquí. Las enzimas son los catalizadores que hacen trabajos específicos. De hecho, a menudo cada enzima hace sólo un tipo de trabajo o lo hace sólo un tipo de molécula. Esto significa que tiene que haber una gran cantidad de enzimas diferentes, todos hechos de diferentes combinaciones de aminoácidos unidos de una forma única de polipéptidos, que se puede hacer todos los trabajos que ningún organismo necesita estar hecho. Sabemos que cada criatura en la tierra tiene cientos o incluso miles de diferentes enzimas que hacer todos los puestos de trabajo que requiere. Lo que es realmente extraño es que cada una de las enzimas tiene que ser hecha por otras enzimas. Esto conduce a mecanismos de control muy complicados: no tenemos la menor idea (en la mayoría de los casos) como la naturaleza decide qué enzimas necesidad de hacerse y cuándo, o cómo las enzimas se enciende y se apaga. Estamos empezando a entender esto, y el estudio de este tipo de sistemas es una parte importante de la bioquímica y la biología.[pic 5]

Bajando por la ruta de la seda

Uno de los polipéptidos únicos que utilizamos muy temprano por sus excelentes propiedades era de seda. Seda fue descubierta por los chinos mucho antes del nacimiento de Cristo. Seda es hecho por pequeñas larvas que intentan girar capullos para su transformación en las polillas. Robamos la seda de las orugas que les deja en el limbo, más o menos. La seda se hila en fibras. Los polímeros individuales muy finas se unieron para ser más fuertes. Esta es la forma también hacemos cuerda, usando débiles hebras individuales unidas entre sí de tal manera que el total es a la vez flexible y fuerte. La estructura de las moléculas de seda es inusual para un polipéptido. Posee una gran cantidad de ácido amino no sustituido, glicina. Segmentos de glicina son capaces de formar cadenas extendidas planas que se pueden empaquetar juntos agradable y con fuerza. Esto le da a la seda su fuerza única y flexibilidad brillante. La seda tiene tales propiedades únicas, especialmente en climas cálidos y húmedos, que dominó el comercio durante siglos en Asia Oriental. El comercio de la seda entre Japón y China controla la economía de civilizaciones en esa región durante más de uno u otro país le importa admitir. Incluso en Estados Unidos, la seda era importante antes de la Segunda Guerra Mundial para su uso en las medias de seda. Cuando se utilizó la seda para la cuerda del paracaídas, las mujeres en América se sintieron muy heridos. Esto dio lugar a las empresas químicas que sintetizan la seda artificial, el nylon, para que las medias de nylon manera que los pies de las mujeres podrían mantenerse caliente y los hombres podrían volver a luchar sus guerras.

...