АМФИПАТСКИ МОЛЕКУЛИ: СТРУКТУРА, КАРАКТЕРИСТИКЕ, ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2025

У амфипатички или амфифилни молекули су оне које може осетити афинитет или одбојност према истовремено за дату растварача. Растварачи су хемијски класификовани као поларни или аполарни; хидрофилни или хидрофобни. Тако ове врсте молекула могу „вољети“ воду, јер је могу и „мрзити“.

Према претходној дефиницији, постоји само један начин да то буде могуће: ови молекули морају имати поларне и аполарне области унутар својих структура; да ли су они више или мање хомогено распоређени (као што је то случај на пример са протеинима) или су хетерогено локализовани (у случају сурфактаната)

Мехурићи, физичка појава изазвана смањењем површинске напетости интерфејса ваздух-течност услед дејства површински активне материје, која је амфифилно једињење. Извор: Пекелс.

Сурфактанти, који се називају и детерџентима, су можда најпознатији амфипатски молекули од давнина. Откад је човека очарала необична физиономија мехура, забринута због припреме сапуна и средстава за чишћење, он је поново и поново наишао на феномен површинске напетости.

Посматрање балона исто је што и сведочење "замке" чији зидови, формирани поравнавањем амфипатских молекула, задржавају гасовити садржај у ваздуху. Њихови сферни облици су математички и геометријски најстабилнији, јер смањују површинску напетост интерфејса ваздух-вода.

Поред тога, дискутоване су још две карактеристике амфипатских молекула: оне имају тенденцију удруживања или само-састављања, а неке ниже површинске напетости у течностима (оне које то могу учинити називају се површински активне твари).

Као резултат велике тенденције ка придруживању, ови молекули отварају поље морфолошког (па чак и архитектонског) проучавања њихових наноагрегата и супрамолекула које их чине; са циљем да се дизајнирају једињења која се могу функционализовати и несметано комуницирати са ћелијама и њиховим биохемијским матрицама.

Структура

Општа структура амфипатских молекула. Извор: Габриел Боливар.

За амфифилне или амфипатске молекуле се наводи да имају поларну регију и аполарни регион. Аполарна регија обично се састоји од засићеног или незасићеног ланца угљеника (са двоструким или троструким везама), који је представљен као "аполарни реп"; праћено „поларном главом“, у којој бораве највише електронегативних атома.

Горња општа структура илуструје коментаре из претходног става. Поларна глава (љубичаста сфера) могу бити функционалне групе или ароматични прстенови који имају трајне диполне моменте, а такође су способни да формирају водоничне везе. Стога се тамо мора налазити највећи удио кисеоника и азота.

У овој поларној глави могу постојати и јонски, негативни или позитивни набоји (или оба истовремено). Овај регион је онај који показује висок афинитет према води и другим поларним растварачима.

С друге стране, аполарни реп, с обзиром на своје преовлађујуће ЦХ везе, делује путем лондонских сила распршивања. Овај регион је одговоран за чињеницу да амфипатички молекули такође показују афинитет за масти и аполарним молекула у ваздуху (Н ₂ , ЦО ₂ , Ар, итд).

У неким хемијским текстовима модел горње структуре упоређује се са обликом лизалице.

Интермолекуларне интеракције

Када амфипатски молекул дође у контакт са поларним растварачем, рецимо водом, његове регије имају различите ефекте на молекуле растварача.

За почетак, молекули воде настоје солватизирати или хидратизирати поларну главу, држећи се даље од аполарног репа. У овом се процесу ствара молекуларни поремећај.

У међувремену, молекуле воде око аполарног репа имају тенденцију да се распоређују као да су мали кристали, омогућавајући им да минимизирају одбојности. У овом процесу се ствара молекулски ред.

Између поремећаја и реда доћи ће тачка у којој ће амфипатски молекул покушати да комуницира са другим, што ће резултирати много стабилнијим процесом.

Мисцеллас

Обојици ће се приближити аполарни репови или поларне главе, на начин да прво повезане интерактивне области. То је исто као замишљати да се два "љубичаста лизалица" на горњој слици приближавају, испреплићући своје црне репове или спајајући њихове две љубичасте главе.

И тако почиње занимљив феномен асоцијације, у којем се неколико ових молекула узастопно спаја. Они нису повезани произвољно, већ према низу структуралних параметара, који завршавају изолирањем аполарних репова у неку врсту „неполарног језгра“, док су поларне главе изложене као поларна љуска.

Тада се каже да се родила сферна мисцела. Међутим, током стварања мисцела постоји прелиминарна фаза која се састоји од оног што је познато као липидни двослојни. Ови и други су неке од многих макроструктура које амфифилни молекули могу усвојити.

Карактеристике амфипатских молекула

Удружење

Сферична разноликост коју формирају амфипатски молекули. Извор: Габриел Боливар.

Ако се аполарни репови узимају као црне јединице, а поларне главе као љубичасте јединице, разумеће се зашто је на горњој слици кора миске љубичаста, а њено језгро црно. Језгро је аполарно, а његове интеракције са молекулама воде или растварача су ништавне.

Ако је, са друге стране, растварач или медијум неполаран, одбојности ће претрпети поларне главе, и последично, оне ће бити смештене у центру миске; то је обрнуто (А, доња слика).

Различите врсте различитих структура или морфологија. Извор: Габриел Боливар.

Изгледа да је обрнути мисцелаин црни аполарни омотач и љубичасто поларно језгро. Пре него што се формирају мишеве, пронађени су амфифилни молекули који појединачно мењају редослед молекула растварача. Са повећаном концентрацијом почињу да се удружују у једнослојну или двослојну структуру (Б).

Од Б ламине почињу да се крију и формирају Д, везикулу. Друга могућност, зависно од облика аполарног репа у односу на његову поларну главу, јесте да се они повезују да би створили цилиндричну миселу (Ц).

Наноагрегати и супрамолекуле

Због тога постоји пет главних структура које откривају фундаменталну карактеристику ових молекула: њихову високу тенденцију удруживања и само-склапања у супрамолекуле, које се агрегирају и формирају наноагрегате.

Тако се амфифилни молекули не могу наћи сами, већ заједно.

Физички

Амфипатски молекули могу бити неутрални или јонски набијени. Они који имају негативна набоја имају атом кисеоника са негативним формалним набојем у својој поларној глави. Неки од ових атома кисеоника долазе из функционалних група попут -ЦОО ^- , -СО ₄ ^- , -СО ₃ ^- ор -ПО ₄ ^- .

Што се тиче позитивних наелектрисања, они углавном потичу из амина, РНХ ₃ ⁺ .

Присуство или одсуство ових набоја не мења чињеницу да ови молекули углавном формирају кристалне чврсте материје; или, ако су релативно лаки, налазе се као уља.

Примери

Неколико примера амфипатских или амфифилних молекула биће поменути у даљем тексту:

-Фофолипиди: фосфатидилетаноламин, сфингомијелин, фосфатидилсерин, фосфатидилхолин.

-Х холестерол.

-Глуколипиди.

-Натријум лаурил сулфат.

-Протеини (они су амфифилни, али нису тензиди).

-Фенолне масти: карданол, кардоле и анакардијалне киселине.

-Цетилтриметиламонијев бромид.

-Масне киселине: палмитинска, линолна, олеинска, лауринска, стеаринска.

- Дуги ланчани алкохоли: 1-додеканол и други.

-Ампфифилни полимери: као што су етоксилиране фенолне смоле.

Апликације

Ћелијске мембране

Једна од најважнијих последица способности ових молекула да се удружују је да граде својеврсни зид: липидни двослојни (Б).

Овај двослојни се протеже да штити и регулише улазак и излазак једињења у ћелије. Динамичан је, јер се његови аполарни репови ротирају помажући амфипатским молекулама да се крећу.

Исто тако, када се ова мембрана причврсти на два краја, како би је имала вертикално, користи се за мерење њене пропустљивости; и с тим се добијају вредни подаци за дизајн биолошких материјала и синтетичких мембрана синтезом нових амфипатских молекула са различитим структурним параметрима.

Дисперзанти

У нафтној индустрији, ови молекули и полимери синтетизовани из њих користе се за дисперзију асфалтена. Фокус ове апликације се заснива на хипотези да се асфалтени састоје од колоидне чврсте материје, са великом тенденцијом флокулације и таложења као смеђе-црне чврсте материје која изазива озбиљне економске проблеме.

Амфипатски молекули помажу да се асфалтни дуже време диспергују услед физичко-хемијских промена у уљу.

Емулгатори

Ови молекули помажу да се две течности помешају које се у обичним условима не могу мешати. На пример, у сладоледима помажу да вода и ваздух чине део исте чврсте материје заједно са масноћом. Међу најчешће коришћене емулгаторе у ту сврху су они који су добијени из јестивих масних киселина.

Детерџенти

Амфифилна природа ових молекула користи се за хватање масти или неполарних нечистоћа, да би се истовремено испрала поларним растварачем, као што је вода.

Попут примера мехурића у којима је заробљен ваздух, детерџенти хватају масноћу у својим мицелама, који, уз поларну шкољку, ефикасно делују са водом да уклоне прљавштину.

Антиоксиданти

Поларне главе су од виталног значаја јер дефинирају вишеструку употребу коју ови молекули могу имати у тијелу.

Ако поседују, на пример, скуп ароматичних прстенова (укључујући деривате фенолног прстена) и поларних који могу да неутралишу слободне радикале, тада ће бити амфифилни антиоксиданти; а ако им такође недостају токсични ефекти, на тржишту ће бити доступни нови антиоксиданти.

Референце

1. Албертс Б, Јохнсон А, Левис Ј и др. (2002). Молекуларна биологија ћелије. 4. издање Нев Иорк: Гарланд Сциенце; Липидни Билајер. Опоравак од: нцби.нлм.них.гов
2. Јианхуа Зханг. (2014). Амфифилни молекули. Спрингер-Верлаг Берлин Хеиделберг, Е. Дроли, Л. Гиорно (ур.), Енцицлопедиа оф Мембранес, ДОИ 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1.
3. - рекао је Јосепх. (2019). Дефиниција амфипатских молекула. Студи. Опоравак од: студи.цом
4. Лехнингер, АЛ (1975). Биохемија. (Друго издање). Вортх Публисхерс, инц.
5. Матхевс, ЦК, ван Холде, КЕ и Ахерн, КГ (2002). Биохемија. (3. издање). Пеарсон Аддисон Весхлеи.
6. Хелменстине, др Анне Марие (31. марта 2019). Шта је сурфактант? Опоравак од: тхинкцо.цом
7. Доменицо Ломбардо, Микхаил А. Киселев, Салваторе Магазу и Пиетро Цаландра (2015). Самокомпоновање амфилија: основни појмови и будуће перспективе супрамолекуларних приступа. Напредак у физици кондензованих материја, вол. 2015, ИД чланка 151683, 22 странице, 2015. дои.орг/10.1155/2015/151683.
8. Ананканбил С., Перез Б., Фернандес И., Магдалена К. Видзисз, Ванг З., Матеус Н. и Гуо З. (2018). Нова група синтетичких амфифилних молекула који садрже синтетске феноле за вишенаменску употребу: Физичко-хемијска карактеризација и студија токсичности за ћелије. Научни извештаји волумен 8, шифра артикла: 832.