I monomeri costituiscono la base delle macromolecole che sostengono la vita e forniscono materiali artificiali. I monomeri si raggruppano per formare lunghe catene di macromolecole chiamate polimeri. Varie reazioni portano alla polimerizzazione, solitamente tramite catalizzatori. Numerosi esempi di monomeri esistono in natura o vengono utilizzati nelle industrie per creare nuove macromolecole.

TL; DR (troppo lungo; non letto)

I monomeri sono piccole molecole singole. Se combinati con altri monomeri tramite legami chimici, formano polimeri. I polimeri esistono sia in natura, come nelle proteine, o possono essere artificiali, come nella plastica.
What Are Monomers?

I monomeri presenti come piccole molecole. Costituiscono la base di molecole più grandi tramite legami chimici. Quando queste unità vengono unite in ripetizione, si forma un polimero. Lo scienziato Hermann Staudinger ha scoperto che i monomeri formano i polimeri. La vita sulla Terra dipende dai legami che i monomeri stringono agli altri monomeri. I monomeri possono essere artificialmente costruiti in polimeri, che di conseguenza si uniscono ad altre molecole nel processo chiamato polimerizzazione. Le persone sfruttano questa capacità per produrre plastica e altri polimeri artificiali. I monomeri diventano anche polimeri naturali che compongono gli organismi viventi nel mondo.
Monomeri in natura

Tra i monomeri nel mondo naturale vi sono zuccheri semplici, acidi grassi, nucleotidi e amminoacidi. I monomeri in natura si uniscono per formare altri composti. Il cibo sotto forma di carboidrati, proteine e grassi deriva dal legame di diversi monomeri. Altri monomeri possono formare gas; ad esempio, il metilene (CH _{2) può legarsi insieme per formare etilene, un gas presente in natura e responsabile della maturazione dei frutti. L'etilene a sua volta funge da monomero di base per altri composti come l'etanolo. Sia le piante che gli organismi producono polimeri naturali.}

I polimeri trovati in natura sono composti da monomeri che contengono carbonio, che si lega facilmente ad altre molecole. I metodi usati in natura per creare polimeri includono la sintesi di disidratazione, che unisce le molecole ma risulta nella rimozione di una molecola d'acqua. L'idrolisi, d'altra parte, rappresenta un metodo per scomporre i polimeri in monomeri. Ciò si verifica rompendo i legami tra i monomeri tramite gli enzimi e aggiungendo acqua. Gli enzimi lavorano come catalizzatori per accelerare le reazioni chimiche e sono essi stessi grandi molecole. Un esempio di un enzima usato per rompere un polimero in un monomero è l'amilasi, che converte l'amido in zucchero. Questo processo viene utilizzato nella digestione. Le persone usano anche polimeri naturali per emulsionare, addensare e stabilizzare alimenti e medicine. Alcuni altri esempi di polimeri naturali includono collagene, cheratina, DNA, gomma e lana, tra gli altri.
Monomeri di zucchero semplici

Gli zuccheri semplici sono monomeri chiamati monosaccaridi. I monosaccaridi contengono molecole di carbonio, idrogeno e ossigeno. Questi monomeri possono formare lunghe catene che formano polimeri noti come carboidrati, le molecole che immagazzinano energia che si trovano negli alimenti. Il glucosio è un monomero con la formula C _{6H 12O 6, il che significa che ha sei carboni, dodici idrogeni e sei ossigeni nella sua forma base. Il glucosio viene prodotto principalmente tramite la fotosintesi nelle piante ed è il carburante definitivo per gli animali. Le cellule usano il glucosio per la respirazione cellulare. Il glucosio costituisce la base di molti carboidrati. Altri zuccheri semplici includono galattosio e fruttosio, anch'essi con la stessa formula chimica ma sono isomeri strutturalmente diversi. I pentosi sono zuccheri semplici come ribosio, arabinosio e xilosio. La combinazione dei monomeri dello zucchero crea disaccaridi (composti da due zuccheri) o polimeri più grandi chiamati polisaccaridi. Ad esempio, il saccarosio (zucchero da tavola) è un disaccaride che deriva dall'aggiunta di due monomeri, glucosio e fruttosio. Altri disaccaridi includono lattosio (zucchero nel latte) e maltosio (un sottoprodotto della cellulosa).}

Un enorme polisaccaride prodotto da molti monomeri, l'amido serve da principale deposito di energia per le piante e non può essere sciolto in acqua . L'amido è costituito da un numero enorme di molecole di glucosio come monomero di base. L'amido costituisce semi, cereali e molti altri alimenti che le persone e gli animali consumano. La proteina amilasi agisce per ripristinare l'amido nel glucosio monomero di base.

Il glicogeno è un polisaccaride utilizzato dagli animali per l'accumulo di energia. Simile all'amido, il monomero di base del glicogeno è il glucosio. Il glicogeno differisce dall'amido per avere più rami. Quando le cellule hanno bisogno di energia, il glicogeno può essere scomposto tramite idrolisi in glucosio.

Le lunghe catene di monomeri del glucosio formano anche la cellulosa, un polisaccaride lineare e flessibile che si trova in tutto il mondo come componente strutturale nelle piante. La cellulosa ospita almeno la metà del carbonio terrestre. Molti animali non riescono a digerire completamente la cellulosa, ad eccezione di ruminanti e termiti.

Un altro esempio di polisaccaride, la più fragile chitina macromolecola, forgia i gusci di molti animali come insetti e crostacei. I monomeri di zucchero semplici come il glucosio formano quindi la base degli organismi viventi e producono energia per la loro sopravvivenza.
Monomeri di grassi

I grassi sono un tipo di lipidi, polimeri idrofobici (idrorepellenti). Il monomero di base per i grassi è l'alcool glicerolo, che contiene tre carboni con gruppi idrossilici combinati con acidi grassi. I grassi producono il doppio dell'energia rispetto allo zucchero semplice, il glucosio. Per questo motivo i grassi servono come una sorta di accumulo di energia per gli animali. I grassi con due acidi grassi e un glicerolo sono chiamati diacilgliceroli o fosfolipidi. I lipidi con tre code di acidi grassi e un glicerolo sono chiamati triacilgliceroli, grassi e oli. I grassi forniscono anche isolamento per il corpo e i nervi al suo interno, nonché le membrane plasmatiche delle cellule.
Aminoacidi: monomeri di proteine

Un amminoacido è una subunità di proteine, un polimero presente in natura. Un amminoacido è quindi il monomero della proteina. Un amminoacido basico è costituito da una molecola di glucosio con un gruppo amminico (NH _{3), un gruppo carbossilico (COOH) e un gruppo R (catena laterale). Esistono 20 aminoacidi che vengono utilizzati in varie combinazioni per produrre proteine. Le proteine svolgono numerose funzioni per gli organismi viventi. Numerosi monomeri di aminoacidi si uniscono tramite legami peptidici (covalenti) per formare una proteina. Due aminoacidi legati formano un dipeptide. Tre aminoacidi uniti formano un tripeptide e quattro aminoacidi formano un tetrapeptide. Con questa convenzione, anche le proteine con oltre quattro aminoacidi portano il nome polipeptidi. Di questi 20 aminoacidi, i monomeri di base includono glucosio con gruppi carbossilici e amminici. Il glucosio può quindi essere anche chiamato monomero di proteine.}

Gli amminoacidi formano catene come struttura primaria e si verificano ulteriori forme secondarie con legami idrogeno che portano a eliche alfa e fogli pieghettati beta. Il ripiegamento degli aminoacidi porta a proteine attive nella struttura terziaria. La piegatura e la flessione aggiuntive producono strutture quaternarie stabili e complesse come il collagene. Il collagene fornisce basi strutturali per gli animali. La cheratina proteica fornisce agli animali pelle, capelli e piume. Le proteine fungono anche da catalizzatori per le reazioni negli organismi viventi; questi sono chiamati enzimi. Le proteine servono come comunicatori e traslocatori di materiale tra le cellule. Ad esempio, l'actina proteica svolge il ruolo di trasportatore per la maggior parte degli organismi. Le diverse strutture tridimensionali delle proteine portano alle loro rispettive funzioni. La modifica della struttura proteica porta direttamente a un cambiamento nella funzione proteica. Le proteine sono prodotte secondo le istruzioni dai geni di una cellula. Le interazioni e la varietà di una proteina sono determinate dal suo monomero di base di aminoacidi proteici a base di glucosio.
Nucleotidi come monomeri

I nucleotidi fungono da modello per la costruzione di aminoacidi, che a loro volta comprendono proteine. I nucleotidi immagazzinano informazioni e trasferiscono energia per gli organismi. I nucleotidi sono i monomeri degli acidi nucleici polimerici lineari naturali come l'acido desossiribonucleico (DNA) e l'acido ribonucleico (RNA). Il DNA e l'RNA portano il codice genetico di un organismo. I monomeri nucleotidici sono costituiti da uno zucchero a cinque atomi di carbonio, un fosfato e una base azotata. Le basi includono adenina e guanina, che sono derivate dalla purina; e citosina e timina (per DNA) o uracile (per RNA), derivati dalla pirimidina.

Lo zucchero combinato e la base azotata svolgono funzioni diverse. I nucleotidi costituiscono la base per molte molecole necessarie per la vita. Un esempio è l'adenosina trifosfato (ATP), il principale sistema di erogazione di energia per gli organismi. I gruppi di adenina, ribosio e tre fosfati compongono le molecole di ATP. I legami fosfodiesterici collegano insieme gli zuccheri degli acidi nucleici. Questi collegamenti possiedono cariche negative e producono una macromolecola stabile per la memorizzazione di informazioni genetiche. L'RNA, che contiene zucchero ribosio e adenina, guanina, citosina e uracile, agisce in vari modi all'interno delle cellule. L'RNA funge da enzima e aiuta la replicazione del DNA, oltre a produrre proteine. L'RNA esiste in una forma ad elica singola. Il DNA è la molecola più stabile, che forma una configurazione a doppia elica, ed è quindi il polinucleotide prevalente per le cellule. Il DNA contiene lo zucchero desossiribosio e le quattro basi azotate adenina, guanina, citosina e timina, che compongono la base nucleotidica della molecola. La lunga lunghezza e stabilità del DNA consente la memorizzazione di enormi quantità di informazioni. La vita sulla Terra deve la sua continuazione ai monomeri nucleotidici che formano la spina dorsale del DNA e dell'RNA, nonché alla molecola di energia ATP.
Monomeri per la plastica

La polimerizzazione rappresenta la creazione di polimeri sintetici attraverso reazioni chimiche. Quando i monomeri sono uniti come catene in polimeri artificiali, queste sostanze diventano materie plastiche. I monomeri che formano i polimeri aiutano a determinare le caratteristiche delle materie plastiche che producono. Tutte le polimerizzazioni si verificano in una serie di iniziazione, propagazione e terminazione. La polimerizzazione richiede vari metodi per il successo, come combinazioni di calore e pressione e l'aggiunta di catalizzatori. La polimerizzazione richiede anche l'idrogeno per terminare una reazione.

Diversi fattori nelle reazioni influenzano la ramificazione o le catene di un polimero. I polimeri possono includere una catena dello stesso tipo di monomero oppure possono includere due o più tipi di monomeri (copolimeri). "Polimerizzazione per addizione" si riferisce ai monomeri sommati. "Polimerizzazione per condensazione" si riferisce alla polimerizzazione usando solo parte di un monomero. La convenzione di denominazione per i monomeri legati senza perdita di atomi è quella di aggiungere "poli" al nome del monomero. Molti nuovi catalizzatori creano nuovi polimeri per materiali diversi.

Uno dei monomeri di base per la fabbricazione di materie plastiche è l'etilene. Questo monomero si lega a se stesso o a molte altre molecole per formare polimeri. L'etilene monomero può essere combinato in una catena chiamata polietilene. A seconda delle caratteristiche, queste materie plastiche possono essere polietilene ad alta densità (HDPE) o polietilene a bassa densità (LDPE). Due monomeri, glicole etilenico e tereftalile, rendono il polimero poli (etilene tereftalato) o PET, utilizzato in bottiglie di plastica. Il monomero propilene forma il polipropilene polimerico attraverso un catalizzatore che rompe i suoi doppi legami. Il polipropilene (PP) viene utilizzato per contenitori di plastica per alimenti e sacchetti di trucioli.

I monomeri di alcol vinilico formano il poli polimero (alcool vinilico). Questo ingrediente può essere trovato nello stucco per bambini. I monomeri in policarbonato sono costituiti da anelli aromatici separati da carbonio. Il policarbonato è comunemente usato negli occhiali e nei dischi musicali. Il polistirolo, utilizzato in polistirolo e isolamento, è composto da monomeri di polietilene con un anello aromatico sostituito da un atomo di idrogeno. Il poli (cloroetene), ovvero un poli (cloruro di vinile) o PVC, è formato da diversi monomeri del cloroetene. Il PVC costituisce oggetti importanti come tubi e rivestimenti per edifici. La plastica fornisce materiali infinitamente utili per oggetti di uso quotidiano, come fari di automobili, contenitori per alimenti, vernici, tubi, tessuti, attrezzature mediche e altro ancora.

I polimeri realizzati con ripetuti monomeri collegati formano la base di gran parte di ciò che l'uomo e altri organismi si incontrano sulla Terra. Comprendere il ruolo di base di molecole semplici come i monomeri fornisce una visione più approfondita della complessità del mondo naturale. Allo stesso tempo, tale conoscenza può portare alla costruzione di nuovi polimeri che potrebbero fornire grandi benefici.