Makromolekula

Makromolekula (latinsky makro- + moles, česky velká jednotka hmotnosti) je rozsáhlá molekula, zpravidla s velkou molární hmotností (obvykle vyšší než 10 000 g·mol⁻¹). Atomy v makromolekule jsou vázány kovalentními vazbami. Molekuly jsou vázány mezimolekulárními Van der Waalsovými silami, které výrazně ovlivňují chování makromolekul.

Ukázka biomakromolekuly (nukleová kyselina DNA)

Makromolekula vzniká z monomerů (nízkomolekulární látka - samostatné atomy, molekuly či skupiny molekul) složitými chemickými reakcemi, které se nazývají polyreakce nebo polymerizační reakce. Počet monomerů nebo jenom merů (opakující se stavební jednotky v makromolekule) se nazývá polymerační stupeň. Sloučeniny s nízkým polymeračním stupněm (do 10) jsou označovány oligomery, s vyšším polymeračním stupněm (10 až miliony) polymery.

Základem živé hmoty v přírodě jsou biomakromolekuly. Nejběžnějšími biomakromolekulami jsou biopolymery (nukleové kyseliny, bílkoviny a sacharidy) a velké nepolymerní molekuly (lipidy, makrocykly nebo nanogely).

Uměle vyrobené makromolekuly se nazývají syntetické makromolekuly a jsou to například plasty (polyvinylchlorid (PVC), polyethylentereftalát (PET), polystyren (PS) a další) nebo syntetická vlákna (polyolefinová (PE), polyakrylonitrilová (PAN), polyesterová (PES), polyamidová (PA), polyimidová (PI) a další).

Termín makromolekula zavedl nositel Nobelovy ceny Hermann Staudinger (1881–1965) na začátku 20. století pro sloučeniny s vysokým obsahem molekul a více než 1 000 atomů. V současnosti se studiem makromolekul zabývá makromolekulární chemie.

Geometrické uspořádání

Lineární uspořádání

Pro geometrické uspořádání makromolekuly (také konformace makromolekuly) je typická řetězová struktura, v níž je chemickými vazbami spojen velký počet stejných nebo různých opakujících se nízkomolekulárních stavebních (také strukturních) jednotek. Způsob vzniku makromolekuly se nazývá polymerizace.

Na prostorovém uspořádání strukturních jednotek v řetězci jsou značně závislé vlastnosti makromolekulárních látek. Rozeznáváme tato základní geometrická uspořádání:

Rozvětvené uspořádání

• lineární uspořádání - vzniká polymerizací sloučenin s dvojnými vazbami (například termoplasty).
• rozvětvené uspořádání - vzniká polymerizací sloučenin s trojnými vazbami. Postranní řetězce vznikají rozbitím trojných vazeb (například elastomery).

• 

  Prostorově síťované

  prostorově síťované uspořádání - vzniká také polymerizací sloučenin s trojnými vazbami. Místo bočních řetězců dochází k prostorovému propojení. Takový materiál je pak při slabém zesílení pružný a tažný, při velkém zesílení tvrdý, netavitelný a nerozpustný (například reaktoplasty).

Původ makromolekul

Přírodní (také biomakromolekuly nebo biopolymery)

• Uhlovodíky, například stavební složka přírodního kaučuku (cis-1,4-polyisopren)
• Lignin, stavební složka dřeva
• Polynukleotidy, stavební složka nukleových kyselin (DNA, RNA)
• Polysacharidy, stavební složka škrobu a celulózy
• Proteiny, stavební složka živých organismů (například kolagen, enzymy, protilátky)

Polosyntetické (také polosyntetické polymery)

• Acetátová vlákna (hedvábí)
• Viskózová vlákna (celuloid)
• Vulkanizovaný kaučuk (pryž, guma)

Syntetické (také syntetické polymery)

• Polystyren (PS), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA)
• Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylentereftalát (PET)
• Silikon

Důležité biomakromolekuly

Struktura bílkoviny - od primární, sekundární, terciární až po kvartérní

Všechny živé organismy potřebují pro své biologické funkce tři základní biomakromolekuly - DNA, RNA a bílkoviny. Každá z těchto molekul je nezbytná pro život, protože každá z nich hraje v buňce odlišnou a nenahraditelnou roli. Velmi zjednodušeně platí, že DNA vytváří RNA a RNA pak vytváří bílkoviny.

DNA, RNA a bílkoviny se skládají z opakující se struktury příbuzných stavebních bloků (nukleotidy v případě DNA a RNA, aminokyseliny v případě bílkovin). Lze na ně pohlížet jako na velmi dlouhou šňůru korálků, přičemž každý korálek představuje jeden nukleotid (DNA a RNA) nebo jednu aminokyselinu (bílkoviny), které jsou spojené dohromady kovalentními chemickými vazbami.

Obecně jsou to nerozvětvené polymery, tedy řetězce. Ale ve většině případů mají monomery v řetězci bílkovin a nukleových kyselin silný sklon k interakci s jinými aminokyselinami nebo nukleotidy. Vytvářejí tak nejenom řetězce, ale shlukují se do dalších struktur. Ty jsou pak popisovány jako primární, sekundární, terciární a kvartérní.

Makromolekula (Polymer)	Nízkomolekulární látka (Monomer)	Vazby při řetězení monomerů
Nukleová kyselina DNA	Nukleotidy (fosfát, deoxyribóza a nukleové báze - adenin, guanin, thymin, uracil, cytosin)	Fosfodiesterová vazba s vodíkovými vazbami
Nukleová kyselina RNA	Nukleotidy (fosfát, ribóza a nukleové báze - adenin, guanin, uracil, cytosin)	Fosfodiesterová vazba
Bílkoviny	Aminokyseliny	Peptidová vazba
Polysacharidy	Monosacharidy	Glykosidová vazba

Související články

• polymerace
• oligomery
• polymery
• biologické makromolekuly
• plasty
• syntetická vlákna

Reference

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Makromolekül na německé Wikipedii a Macromolecule na anglické Wikipedii.

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu makromolekula na Wikimedia Commons

Portály: Chemie