Polimeri che passione

I polimeri sono strutture affascinanti che costituiscono tutta (o quasi) la materia che ci circonda. Gli oggetti di uso comune sono formati in larga parte da polimeri. Dalla tastiera del computer alle lenzuola del letto, passando anche per il nostro smartphone, siamo completamente immersi in un mondo di polimeri, anche se non ce ne rendiamo conto. Così come costituita da polimeri è la natura che ci circonda ed in buona parte gli organismi viventi che popolano la Terra.

Veniamo dunque al primo, fondamentale, quesito. Che cos’è esattamente un polimero?

Il concetto in realtà è piuttosto semplice e di facile comprensione. Essenzialmente, i polimeri sono macromolecole formate dalla ripetizione continua di uno o più monomeri, ovvero molecole di modeste dimensioni approssimativamente uguali tra loro. Questi monomeri, posti in successione ed uniti saldamente, formano strutture lineari o aventi diversi gradi di ramificazione, più o meno complesse, che prendono il nome di polimeri, secondo una reazione denominata di polimerizzazione.

Vi è quindi un’unita fondamentale, il monomero, ed una struttura che ne deriva, il polimero, dotata di nuove funzionalità e caratteristiche. Il concetto si può riassumere bene immaginando una catena costituita da una ripetizione costante di anelli uguali tra loro ed uniti saldamente a formare una struttura finale dalle caratteristiche migliori in termini di utilità. In questo esempio si può ricondurre la catena al concetto di polimero, mentre gli anelli che la compongono raffigurano i monomeri formanti il polimero.

Spiegato brevemente cosa si intende per polimero è doveroso chiarire anche perché essi sono così importanti.

Pensando agli esseri viventi, troviamo strutture polimeriche un po’ ovunque. Le cellule che costituiscono il nostro corpo ed in generale tutta la materia vivente si possono riassumere come un complesso di strutture polimeriche. Tutti i costituenti essenziali alla vita sono polimeri.  Gli acidi nucleici, ovvero il DNA, la molecola che contiene e codifica tutte le informazioni genetiche, e l’RNA, sono polimeri costituiti da quattro  diversi monomeri, chiamati basi azotate, che si ripetono centinaia di migliaia di volte. È sorprendente pensare a come queste sole quattro unità siano responsabili di tutta la variabilità genetica che si trova in natura. Alternandosi in diverse combinazioni permettono di generare un numero incredibilmente grande di diversi polimeri, ovvero di diverse sequenze di DNA.

Tutte le molecole comunemente chiamate carboidrati sono polimeri, e prendono il nome di polisaccaridi. Alcuni esempi sono l’amido degli alimenti ed il glicogeno, definiti polisaccaridi nutrizionali, o la cellulosa, costituente principale del cotone, e le pectine, presenti nei vegetali e definiti polisaccaridi strutturali. I monomeri, in questo caso, prendono il nome di saccaridi e rientrano in questa famiglia il glucosio ed il fruttosio.

Gli acidi grassi sono un altro esempio di strutture polimeriche che si trovano in natura. Fanno parte di questa superfamiglia i grassi di origine vegetale o animale, l’olio e la cera.

Infine, le proteine sono formate dalla ripetizione di circa venti diversi monomeri chiamati amino acidi. La successione di diversi amino acidi permette lo sviluppo di un’infinità di diverse strutture proteiche che acquisiscono funzioni sia strutturali che funzionali. Alcune proteine, infatti, agiscono meramente da molecole aventi la funzione di generare strutture complesse come per esempio i capelli, i peli, le unghie, o l’epidermide. Mentre altre acquisiscono funzioni definite enzimatiche, ovvero in grado di velocizzare ed ottimizzare le reazioni che costituiscono il metabolismo energetico,  la digestione degli alimenti o il metabolismo dei farmaci.

Ogni parte del nostro corpo è essenzialmente formata da questi polimeri, i muscoli, la pelle, tutti i tessuti, ma anche il muco o la saliva sono pieni zeppi di polimeri naturali prodotti dal nostro corpo. Di più, le cellule stesse possono essere viste come un complesso insieme di polimeri che interagendo tra loro permettono di generare strutture vitali.

In aggiunta all’enorme varietà di polimeri naturali sopracitati vi è l’eterogeneo mondo dei polimeri artificiali e di sintesi. Eterogeneo perché si possono ottenere una varietà virtualmente infinita di diverse strutture partendo da un’ampia scelta di monomeri, i quali possono anche essere creati ad hoc in laboratori specializzati.

Vengono definiti artificiali quei polimeri che non esistono in natura ma derivano da strutture naturali, poi modificate dall’operato umano per ottenere o amplificare determinate caratteristiche; mentre per polimeri di sintesi si intendono quelle macromolecole polimerizzate artificialmente per mezzo di reazioni chimiche più o meno complesse. In questo modo si possono ottenere polimeri “amanti” dell’acqua (detti idrofilici) o che invece la repellono (idrofobici), polimeri fluorescenti, o polimeri funzionalizzati che trovano impiego come veicolo di farmaci e molto altro ancora.

Un buon esempio di polimeri artificiali sono le plastiche ed i derivati petroliferi, il teflon è invece un polimero di sintesi costruito interamente in laboratorio. Anche le così dette plastiche biodegradabili o compostabili sono polimeri, ma in questo caso il processo di sintesi è un po’ diverso. Esse vengono infatti prodotte mediante l’ingegnerizzazione di batteri e microrganismi che tramite processi di fermentazione producono la macromolecola desiderata.

Insomma, ovunque ci giriamo, qualunque cibo mangiamo o qualunque oggetto tocchiamo, stiamo in realtà interagendo con un complesso mondo di strutture polimeriche.

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