Primer polímero
Cada vez es mayor la preocupación por los efectos negativos de la contaminación ambiental provocada por los combustibles fósiles y los residuos de los productos petroquímicos. Se ha investigado mucho en la búsqueda de otras alternativas a los productos derivados del petróleo que sean renovables y biodegradables y, por tanto, supongan un menor riesgo para el medio ambiente. Los biopolímeros son una de esas posibles soluciones al problema, ya que suelen ser materiales biodegradables obtenidos a partir de materias primas renovables. Sin embargo, hay que señalar que no todos los polímeros biodegradables son biopolímeros (es decir, producidos a partir de recursos renovables). Como es de esperar, existen retos relacionados con los biopolímeros, como su limitada tasa de producción, el coste de la misma y la idoneidad de sus propiedades.
Algunos de los primeros biomateriales modernos fabricados con biopolímeros naturales son el caucho, el linóleo, el celuloide y el celofán. Los dos últimos se fabrican a partir de la celulosa, que es el biopolímero más abundante en la naturaleza y la materia orgánica más abundante en la Tierra, ya que constituye un tercio de toda la materia vegetal. Desde mediados del siglo XX, estos biopolímeros fabricados por el hombre fueron sustituidos prácticamente en su totalidad por materiales de base petroquímica. Sin embargo, debido a la creciente preocupación ecológica, los biopolímeros gozan de un renovado interés por parte de la comunidad científica, el sector industrial e incluso en la política [1].
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Un biopolímero es un polímero compuesto, al menos en parte, por bloques de construcción llamados monómeros, producidos a partir de materias primas renovables como el maíz, la remolacha azucarera y el trigo. Los biopolímeros pueden ser biodegradables y compostables; sin embargo, no siempre es así. Los tipos más comunes de biopolímeros son:
Las materias primas de base biológica pueden utilizarse para crear versiones biopolímeras de los polímeros tradicionales. La versión de base biológica puede incluso ser químicamente idéntica al polímero de base petroquímica. Esto significa que las propiedades y el rendimiento del polímero no cambian mientras se aumenta el porcentaje de carbono renovable que contiene el polímero.
Los biopolímeros pueden o no ser biodegradables o compostables, como es el caso de los polímeros convencionales de origen petroquímico, por lo que hay que tener en cuenta el tratamiento de los residuos plásticos. Los biopolímeros son una buena opción para la Economía Circular de los Plásticos (ECP), al utilizar carbono renovable. El reciclaje es otra opción, ya que permite recuperar y reutilizar los plásticos en lugar de enviarlos a los vertederos o de que acaben en el medio ambiente.
Biopolímero
Los biopolímeros son polímeros naturales producidos por las células de los organismos vivos. Los biopolímeros están formados por unidades monoméricas que se unen covalentemente para formar moléculas más grandes. Hay tres clases principales de biopolímeros, clasificados según los monómeros utilizados y la estructura del biopolímero formado: polinucleótidos, polipéptidos y polisacáridos. Los polinucleótidos, como el ARN y el ADN, son polímeros largos compuestos por 13 o más monómeros de nucleótidos. Los polipéptidos y las proteínas son polímeros de aminoácidos y algunos ejemplos importantes son el colágeno, la actina y la fibrina. Los polisacáridos son carbohidratos poliméricos lineales o ramificados y algunos ejemplos son el almidón, la celulosa y el alginato. Otros ejemplos de biopolímeros son los cauchos naturales (polímeros de isopreno), la suberina y la lignina (polímeros polifenólicos complejos), la cutina y el cután (polímeros complejos de ácidos grasos de cadena larga) y la melanina.
Una de las principales diferencias entre los biopolímeros y los polímeros sintéticos se encuentra en sus estructuras. Todos los polímeros están formados por unidades repetitivas llamadas monómeros. Los biopolímeros suelen tener una estructura bien definida, aunque ésta no es una característica definitoria (ejemplo: la lignocelulosa):
Química de los polímeros
Una diferencia importante pero definitoria entre los polímeros y los biopolímeros se encuentra en sus estructuras. Los polímeros, incluidos los biopolímeros, están formados por unidades repetitivas llamadas monómeros. Los biopolímeros tienen intrínsecamente una estructura bien definida:
La composición química exacta y la secuencia en la que se disponen estas unidades se denomina estructura primaria. Muchos biopolímeros se pliegan espontáneamente en formas compactas características (véase también “plegamiento de proteínas”, así como estructura secundaria y estructura terciaria), que determinan sus funciones biológicas y dependen de forma complicada de sus estructuras primarias. La biología estructural es el estudio de las propiedades estructurales de los biopolímeros.
De hecho, como su síntesis está controlada por un proceso dirigido por una plantilla en la mayoría de los sistemas in vivo, todos los biopolímeros de un tipo (digamos una proteína específica) son iguales: todos contienen la misma secuencia y número de monómeros y, por tanto, todos tienen la misma masa. Este fenómeno se denomina monodispersidad, a diferencia de la polidispersidad de los polímeros sintéticos. Por ello, los biopolímeros tienen un índice de polidispersidad de 1.