AMPHIPATSKE MOLEKULE: STRUKTURA, KARAKTERISTIKE, PRIMJERI - KEMIJA - 2025

Su amfipatski i amfifilne molekule su one koje se mogu osjetiti afinitet ili odbojnost u isto vrijeme na određenoj otapala. Otapala su kemijski klasificirana kao polarna ili apolarna; hidrofilni ili hidrofobni. Tako ove vrste molekula mogu "voljeti" vodu, jer je mogu i "mrziti".

Prema prethodnoj definiciji, postoji samo jedan način da to bude moguće: te molekule moraju unutar svojih struktura imati polarne i apolarne regije; Ili su oni više ili manje homogeno raspoređeni (kao što je to primjerice protein), ili su heterogeno lokalizirani (u slučaju površinski aktivnih tvari)

Mjehurići, fizički fenomen uzrokovan smanjenjem površinske napetosti međuprodukta zrak-tekućina djelovanja površinski aktivne tvari, koji je amfifilni spoj. Izvor: Pexels.

Surfaktanti, koji se nazivaju i deterdžentima, možda su najpoznatiji amfipatski molekuli od davnina. Otkako je Čovjeka očarala neobična fizionomija mjehurića, zabrinuti zbog pripreme sapuna i sredstava za čišćenje, on je iznova i iznova naišao na fenomen površinske napetosti.

Promatranje mjehurića isto je što i svjedočenje "zamke" čiji zidovi, formirani usklađivanjem amfipatskih molekula, zadržavaju plinovit sadržaj zraka. Njihovi su sferični oblici matematički i geometrijski najstabilniji, jer smanjuju površinsku napetost sučelja zrak-voda.

To je rečeno, razmatrane su još dvije karakteristike amfipatskih molekula: one imaju tendenciju udruživanja ili samo-sastavljanja, a neke niže površinske napetosti u tekućinama (one koje to mogu učiniti nazivamo površinski aktivnim tvarima).

Kao rezultat velike sklonosti pridruživanju, ove molekule otvaraju polje morfološkog (pa čak i arhitektonskog) proučavanja njihovih nanoagregata i supramolekula koje ih čine; s ciljem dizajniranja spojeva koji se mogu funkcionalizirati i komunicirati na neizmjerne načine sa stanicama i njihovim biokemijskim matricama.

Struktura

Opća struktura amfipatskih molekula. Izvor: Gabriel Bolívar.

Za amfifilne ili amfipatske molekule rečeno je da imaju polarnu regiju i apolarnu regiju. Apolarna regija obično se sastoji od zasićenog ili nezasićenog ugljikovog lanca (s dvostrukim ili trostrukim vezama), koji je predstavljen kao "apolarni rep"; popraćena "polarnom glavom", u kojoj boravi najviše elektronegativnih atoma.

Gornja opća struktura ilustrira komentare u prethodnom odlomku. Polarna glava (ljubičasta sfera) mogu biti funkcionalne skupine ili aromatični prstenovi koji imaju trajne dipolne momente, a također su sposobni formirati vodikove veze. Stoga se tamo mora nalaziti najveći udio kisika i dušika.

U ovoj polarnoj glavi mogu postojati i ionski, negativni ili pozitivni naboji (ili oba istovremeno). Ova regija je ta koja pokazuje visoki afinitet prema vodi i drugim polarnim otapalima.

S druge strane, apolarni rep, s obzirom na svoje prevladavajuće veze CH, djeluje putem londonskih sila raspršenja. Ovo područje odgovorno za činjenicu da amfipatski molekule pokazuju afinitet prema nepolarnim molekulama i masti u zraku (N ₂, CO ₂, Ar, itd).

U nekim se tekstovima iz kemije model gornje strukture uspoređuje s oblikom lizalice.

Intermolekularne interakcije

Kad amfipatski molekul dođe u kontakt s polarnim otapalom, recimo vodom, njegove regije imaju različite učinke na molekule otapala.

Za početak, molekule vode nastoje solvatizirati ili hidratizirati polarnu glavu, držeći se dalje od apolarnog repa. U tom se procesu stvara molekularni poremećaj.

U međuvremenu, molekule vode oko apolarnog repa imaju tendenciju da se raspoređuju kao da su mali kristali, omogućujući im na taj način da smanje odbojnosti. U tom se procesu stvara molekularni red.

Između poremećaja i reda doći će do točke u kojoj će amfipatski molekul nastojati komunicirati s drugim, što će rezultirati mnogo stabilnijim procesom.

Miscellas

Obojici će se približiti apolarni repovi ili polarne glave, na način da prvo povezane interaktivne regije. To je isto kao zamišljati da se dva "ljubičasta lizalica" u gornjoj slici približavaju, ispreplićući svoje crne repove ili spajajući njihove dvije ljubičaste glave.

I tako započinje zanimljiv fenomen udruživanja u kojem se nekoliko ovih molekula uzastopno spaja. Oni nisu povezani proizvoljno, već prema nizu strukturnih parametara, koji završavaju izoliranjem apolarnih repova u neku vrstu „apolarnog jezgra“, dok su polarne glave izložene kao polarna ljuska.

Kaže se tada da se rodila sferna miska. Međutim, tijekom stvaranja micele postoji preliminarna faza koja se sastoji od onog što je poznato kao lipidni dvoslojni. Ove i druge neke su od mnogih makrostruktura koje amfifilne molekule mogu usvojiti.

Karakteristike amfipatskih molekula

asocijacija

Sferična raznolikost koju tvore amfipatski molekuli. Izvor: Gabriel Bolívar.

Ako se apolarni repovi uzimaju kao crne jedinice, a polarne glave kao ljubičaste jedinice, shvatit će se zašto je na gornjoj slici kora miske ljubičasta, a njezino jezgro crno. Jezgro je apolarno, a njegove interakcije s molekulama vode ili otapala su ništavne.

Ako su, s druge strane, otapalo ili medij apolarni, odbojnost će pretrpjeti polarne glave, te će se posljedično nalaziti u sredini miske; to jest, obrnuto je (A, donja slika).

Različite vrste raznih građevina ili morfologija. Izvor: Gabriel Bolívar.

Zamijećeno je da izvrnuti miscelain ima crnu apolarnu ljusku i ljubičastu polarnu jezgru. No, prije nego što se formiraju micelije, pronalaze se amfifilne molekule pojedinačno mijenjajući redoslijed molekula otapala. S povećanom koncentracijom počinju se udruživati ​​u jednoslojnu ili dvoslojnu strukturu (B).

Od B lamine počnu curiti i tvore D, vezikule. Druga mogućnost, ovisno o obliku apolarnog repa u odnosu na njegovu polarnu glavu, jest ta da se udružuju kako bi nastala cilindrična miscella (C).

Nanoagregati i supramolekule

Stoga postoji pet glavnih struktura koje otkrivaju temeljnu karakteristiku ovih molekula: njihovu visoku sklonost udruživanju i samosklapanju u supramelekule, koje se spajaju u tvorbu nanoagregata.

Tako se amfifilne molekule ne nalaze same, već povezane.

fizička

Ampatičke molekule mogu biti neutralne ili ionsko nabijene. Oni koji imaju negativne naboje imaju atom kisika s negativnim formalnim nabojem u svojoj polarnoj glavi. Neke od tih atoma kisika dolazi iz funkcionalnih skupina, kao što su -COO ^-, -SO ₄ ^-, -SO ₃ ^- ili -PO ₄ ^-.

Što se tiče pozitivnih naboja, oni uglavnom dolaze iz amina, RNH ₃ ⁺.

Prisutnost ili odsutnost ovih naboja ne mijenja činjenicu da ove molekule općenito tvore kristalne krute tvari; ili, ako su relativno lagane, nalaze se kao ulja.

Primjeri

Dolje će biti navedeni neki primjeri amfipatskih ili amfifilnih molekula:

-Fofolipidi: fosfatidiletanolamin, sfingomijelin, fosfatidilserin, fosfatidilholin.

-Kolesterol.

-Glucolipids.

-Natrijum-lauril sulfat.

-Proteini (oni su amfifilni, ali nisu tenzidi).

-Fenolne masti: kardanol, kardole i anakardijalne kiseline.

-Cetiltrimetilamonijev bromid.

-Masne kiseline: palmitinska, linolna, oleinska, laurinska, stearinska.

-Dužni lanac alkohola: 1-dodekanol i drugi.

-Amfifilni polimeri: kao što su etoksilirane fenolne smole.

Prijave

Stanične membrane

Jedna od najvažnijih posljedica sposobnosti tih molekula da se udruže je da grade svojevrsni zid: lipidni dvoslojni (B).

Ovaj dvoslojni sloj proteže se da zaštiti i regulira ulazak i izlazak spojeva u stanice. Dinamičan je jer se njegovi apolarni repovi rotiraju pomažući amfipatskim molekulama da se kreću.

Isto tako, kada se ova membrana pričvrsti na dva kraja, kako bi je imala okomito, koristi se za mjerenje njene propusnosti; i s tim se dobivaju vrijedni podaci za oblikovanje bioloških materijala i sintetskih membrana od sinteze novih amfipatskih molekula s različitim strukturnim parametrima.

disperzante

U naftnoj industriji te se molekule i polimeri sintetizirani iz njih koriste za dispergiranje asfaltena. Fokus ove prijave temelji se na hipotezi da se asfalteni sastoje od koloidne krute tvari s velikom tendencijom flokulacije i taloženja kao smeđe-crne krute tvari što uzrokuje ozbiljne ekonomske probleme.

Amphipatske molekule pomažu u održavanju disperzije asfalta dulje vrijeme, usprkos fizikalno-kemijskim promjenama ulja.

emulgatori

Te molekule pomažu da se dvije tekućine miješaju koje se u uobičajenim uvjetima ne bi mogle miješati. Na primjer, u sladoledima voda i zrak pomažu zajedno s masnoćom. Među najčešće korištene emulgatore u tu svrhu su oni koji su izvedeni iz jestivih masnih kiselina.

deterdženti

Amfifilna priroda ovih molekula koristi se za hvatanje masti ili nepolarnih nečistoća, da bi se istovremeno isprala polarnim otapalom, poput vode.

Poput primjera mjehurića gdje je zarobljen zrak, deterdženti hvataju masnoću u svojim micelama, koji, s polarnom školjkom, učinkovito stupaju u interakciju s vodom kako bi uklonili nečistoću.

antioksidansi

Polarne glave su od vitalne važnosti jer definiraju višestruku upotrebu ovih molekula u tijelu.

Ako posjeduju, na primjer, skup aromatskih prstenova (uključujući derivate fenolnog prstena) i polarnih koji mogu neutralizirati slobodne radikale, tada će postojati amfifilni antioksidanti; a ako također nemaju nedostatak toksičnih učinaka, tada će se na tržištu pojaviti novi antioksidanti.

Reference

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J i sur. (2002). Molekularna biologija stanice. 4. izdanje. New York: Garland Science; Lipidni Bilajer. Oporavak od: ncbi.nlm.nih.gov
2. Jianhua Zhang. (2014). Amfifilne molekule. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, E. Droli, L. Giorno (ur.), Enciklopedija membrana, DOI 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1.
3. - rekao je Joseph. (2019). Definicija amfipatskih molekula. Studija. Oporavilo od: study.com
4. Lehninger, AL (1975). Biokemija. (2. izdanje). Vrijedni izdavači, inc.
5. Mathews, CK, van Holde, KE i Ahern, KG (2002). Biokemija. (3. izdanje). Pearson Addison Weshley.
6. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (31. ožujka 2019.). Što je surfaktant? Oporavilo od: misel.com
7. Domenico Lombardo, Mikhail A. Kiselev, Salvatore Magazù i Pietro Calandra (2015). Samo-sklapanje amfilija: osnovni pojmovi i buduće perspektive supramolekularnih pristupa. Napredci u fizici kondenziranih materija, god. 2015, ID članka 151683, 22 stranice, 2015. doi.org/10.1155/2015/151683.
8. Anankanbil S., Pérez B., Fernandes I., Magdalena K. Widzisz, Wang Z., Mateus N. i Guo Z. (2018). Nova skupina sintetičkih amfifilnih molekula koje sadrže sintetske fenomele za višenamjenske primjene: Fizikalno-kemijska karakterizacija i studija toksičnosti za stanicu. Znanstveni izvještaji svezak 8, broj članka: 832.