AMFIPATSKE MOLEKULE: ZGRADBA, ZNAČILNOSTI, PRIMERI - KEMIJA - 2026

V amfipatične ali amfifilne molekule so tiste, ki občutimo afiniteto ali odpor na agresivno za določeno topilo. Topila so kemijsko razvrščena kot polarna ali apolarna; hidrofilni ali hidrofobni. Tako lahko te vrste molekul "ljubijo" vodo, saj jo lahko tudi "sovražijo".

Po prejšnji definiciji je to le en način: te molekule morajo imeti znotraj svojih struktur polarna in apolarna območja; ali so bolj ali manj homogeno razporejeni (kot je na primer beljakovine) ali pa so heterogeno lokalizirani (v primeru površinsko aktivnih snovi)

Mehurčki, fizikalni pojav, ki ga povzroči zmanjšanje površinske napetosti vmesnika zrak-tekočina zaradi delovanja površinsko aktivne snovi, ki je amfifilna spojina. Vir: Pexels.

Površinsko aktivne snovi, imenovane tudi detergenti, so morda najbolj znane amfipatske molekule od nekdaj. Odkar je človeka očarala nenavadna fizionomija mehurčka, ki skrbi za pripravo mil in čistilnih izdelkov, je naletel na pojav površinske napetosti vedno znova.

Opazovanje mehurčka je enako kot priča "pasti", katere stene, oblikovane z poravnavo amfipatskih molekul, zadržujejo plinasto vsebnost v zraku. Njihove sferične oblike so najbolj matematično in geometrijsko stabilne, saj zmanjšujejo površinsko napetost vmesnika zrak-voda.

Ob tem smo razpravljali še o dveh značilnostih amfipatskih molekul: ponavadi se povezujejo ali samo sestavljajo, nekatere tekočine v tekočinah (nižje pa so tudi manjše površinske napetosti), ki jih imenujemo površinsko aktivne snovi).

Zaradi velike nagnjenosti k združevanju te molekule odpirajo področje morfološke (in celo arhitekturne) študije svojih nanoagregatov in nadramolekul, ki jih sestavljajo; s ciljem oblikovanja spojin, ki jih je mogoče funkcionalizirati in medsebojno vplivati ​​na celice s celicami in njihovimi biokemijskimi matricami.

Struktura

Splošna zgradba amfipatične molekule. Vir: Gabriel Bolívar.

Amfifilne ali amfipatične molekule naj bi imele polarno in apolarno regijo. Apolarno območje običajno sestoji iz nasičene ali nenasičene ogljikove verige (z dvojnimi ali trojnimi vezmi), ki je predstavljena kot "apolarni rep"; spremlja jih "polarna glava", v kateri prebiva največ elektronegativnih atomov.

Zgornja splošna struktura ponazarja pripombe v prejšnjem odstavku. Polarna glava (vijolična krogla) so lahko funkcionalne skupine ali aromatični obroči, ki imajo trajne dipolne trenutke in so prav tako sposobni tvoriti vodikove vezi. Zato mora biti tam najvišja vsebnost kisika in dušika.

V tej polarni glavi so lahko tudi ionski, negativni ali pozitivni naboji (ali oboje hkrati). Ta regija je tista, ki kaže visoko afiniteto do vode in drugih polarnih topil.

Po drugi strani pa apolarni rep glede na svoje prevladujoče vezi CH deluje med londonskimi silami raztresenja. Ta regija je odgovorna za dejstvo, da amfipatične molekule kažejo tudi afiniteto do maščob in apolarnih molekul v zraku (N ₂ , CO ₂ , Ar itd.).

V nekaterih besedilih kemije se model zgornje strukture primerja z obliko lizike.

Medmolekularne interakcije

Ko amfipatična molekula pride v stik s polarnim topilom, recimo vodo, imajo njene regije različne učinke na molekule topila.

Za začetek si molekule vode poskušajo solvatirati ali hidrirati polarno glavo, pri čemer se držijo stran od apolarnega repa. Pri tem nastane molekularna motnja.

Medtem se molekule vode okoli apolarnega repa ponavadi razporejajo, kot da so majhni kristali, kar jim omogoča, da zmanjšajo odbojnosti. V tem procesu se ustvari molekularni red.

Med motnjami in naročili bo prišlo do točke, ko si bo amfipatska molekula prizadevala za interakcijo z drugo, kar bo povzročilo veliko bolj stabilen proces.

Miscellas

Oboji se bodo približali s svojimi apolarnimi repi ali polarnimi glavami na način, da se najprej povežejo sorodne regije. To je isto kot predstavljati, da se na zgornji sliki približata dva "škrlatna lizika, ki prepletata svoje črne repove ali se povezujeta z obema vijoličnima glavama.

In tako se začne zanimiv asociacijski pojav, v katerem se več teh molekul zaporedno pridruži. Niso povezane poljubno, ampak glede na vrsto strukturnih parametrov, ki končajo izolacijo apolarnih repov v nekakšnem "apolarnem jedru", medtem ko polarne glave izpostavljajo kot polarno lupino.

Takrat se pravi, da se je rodila sferična miscela. Vendar pa med tvorbo micele obstaja predhodna faza, ki jo sestavlja lipidni dvoplast. Te in druge so nekatere od mnogih makrostruktur, ki jih amfifilne molekule lahko sprejmejo.

Značilnosti amfipatskih molekul

Združenje

Sferična raznolikost, ki jo tvorijo amfipatične molekule. Vir: Gabriel Bolívar.

Če so apolarni repi vzeti kot črne enote, polarne glave pa kot vijolične enote, bomo razumeli, zakaj je na zgornji sliki lubje micele vijolično in njeno jedro črno. Jedro je apolarno in njegove interakcije z molekulo vode ali topila so nične.

Če je topilo ali medij na drugi strani nepolarno, bodo polarne glave trpile odboj in posledično bodo nameščene v središču rakete; to je obrnjeno (A, spodnja slika).

Različne vrste raznih struktur ali morfologij. Vir: Gabriel Bolívar.

Opaženo je, da ima črni apolarni lupino in vijolično polarno jedro. Preden nastanejo miske, najdemo amfifilne molekule, ki spreminjajo vrstni red molekul topila. S povečano koncentracijo se začnejo združevati v eno- ali dvoslojni strukturi (B).

Od B lamine začnejo ukrivljati in tvorijo D, veziklo. Druga možnost, odvisno od oblike apolarnega repa glede na njegovo polarno glavo, je, da se združijo, da nastanejo cilindrična mehka (C).

Nanoagregati in supramolekule

Zato obstaja pet glavnih struktur, ki razkrivajo temeljno značilnost teh molekul: njihovo veliko nagnjenost k združevanju in samosestavitvi v supramolékule, ki se združijo in tvorijo nanoagregate.

Tako se amfifilne molekule ne nahajajo same, ampak v povezavi.

Fizično

Amfipatične molekule so lahko nevtralne ali ionsko nabiti. Tisti, ki imajo negativne naboje, imajo atom kisika z negativnim formalnim nabojem v svoji polarni glavi. Nekatere od teh kisikovih atomov prihajajo iz funkcionalnih skupin, kot -COO ^- , -SO ₄ ^- , -SO ₃ ^- ali -PO ₄ ^- .

Kar zadeva pozitivne naboje, običajno izvirajo iz aminov, RNH ₃ ⁺ .

Prisotnost ali odsotnost teh nabojev ne spremeni dejstva, da te molekule na splošno tvorijo kristalne trdne snovi; ali, če so relativno lahki, jih najdemo kot olja.

Primeri

Spodaj bo omenjenih nekaj primerov amfipatskih ali amfifilnih molekul:

-Fofolipidi: fosfatidiletanolamin, sfingomijelin, fosfatidilserin, fosfatidilholin.

-Holesterol.

-Glukolipidi.

-Na natrijev lavril sulfat.

-Proteini (so amfifilni, vendar ne površinsko aktivne snovi).

-Fenolne maščobe: kardanol, kardole in anakardne kisline.

-Cetiltrimetilamonijev bromid.

-Maščobne kisline: palmitinska, linolna, oleinska, lavrinska, stearinska.

-Dolgi verižni alkoholi: 1-dodekanol in drugi.

-Ampfifilni polimeri: kot etoksilirane fenolne smole.

Prijave

Celične membrane

Ena najpomembnejših posledic sposobnosti združevanja teh molekul je, da gradijo nekakšno steno: lipidni dvoplast (B).

Ta dvoplast se razširi za zaščito in uravnavanje vstopa in izstopa spojin v celice. Je dinamičen, saj se njegovi apolarni repi vrtijo, kar pomaga amfipatskim molekulam, da se premikajo.

Če je ta membrana pritrjena na dva konca, jo lahko uporabljamo za merjenje njene prepustnosti; s tem se pridobivajo dragoceni podatki za oblikovanje bioloških materialov in sintetičnih membran s sintezo novih amfipatskih molekul z različnimi strukturnimi parametri.

Disperzanti

V naftni industriji se te molekule in polimeri, sintetizirani iz njih, uporabljajo za razprševanje asfaltenov. Ta aplikacija se osredotoča na hipotezo, da asfalteni sestavljajo koloidno trdno snov, ki ima visoko nagnjenost k flokulaciji in usedlinam kot rjavo-črna trdna snov, ki povzroča resne gospodarske težave.

Amphipatske molekule pri fizikalno-kemijskih spremembah olja pomagajo dlje časa dispergirati asfaltene.

Emulgatorji

Te molekule pomagajo dvema tekočinama, ki se mešajo, kar v običajnih pogojih ne bi bilo mogoče mešati. Na primer, v sladoledu pomagata, da voda in zrak skupaj z maščobo tvorita del iste trdne snovi. Med najpogosteje uporabljene v ta namen emulgatorje spadajo tisti, pridobljeni iz užitnih maščobnih kislin.

Detergenti

Amfifilnost teh molekul se uporablja za lovljenje maščob ali nepolarnih nečistoč, da bi jih hkrati spiralo polarno topilo, kot je voda.

Tako kot primer mehurčkov, kjer je bil zrak ujet, tudi detergenti lovijo maščobe znotraj svojih micelov, ki s polarno lupino učinkovito delujejo z vodo, da odstranijo umazanijo.

Antioksidanti

Polarne glave so življenjskega pomena, saj opredeljujejo večkratno uporabo teh molekul v telesu.

Če imajo na primer nabor aromatičnih obročev (vključno z derivati ​​fenolnega obroča) in polarnih, ki lahko nevtralizirajo proste radikale, potem bodo na voljo amfifilni antioksidanti; in če jim manjka tudi strupenih učinkov, bodo na trgu na voljo novi antioksidanti.

Reference

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J in sod. (2002). Molekularna biologija celice. 4. izdaja. New York: Garland Science; Lipid Bilayer. Pridobljeno od: ncbi.nlm.nih.gov
2. Jianhua Zhang (2014). Amfifilne molekule. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, E. Droli, L. Giorno (ur.), Enciklopedija membran, DOI 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1.
3. Je rekel Jožef. (2019). Opredelitev amfipatskih molekul. Študij. Pridobljeno: study.com
4. Lehninger, AL (1975). Biokemija. (2. izdaja). Vredno založnikov, vklj.
5. Mathews, CK, van Holde, KE in Ahern, KG (2002). Biokemija. (3. izdaja). Pearson Addison Weshley.
6. Helmenstine, Anne Marie, dr. (31. marec 2019). Kaj je površinsko aktivno sredstvo? Pridobljeno: misel.com
7. Domenico Lombardo, Mikhail A. Kiselev, Salvatore Magazù in Pietro Calandra (2015). Samosestavljanje amfifilov: osnovni pojmi in prihodnje perspektive supramolekularnih pristopov. Napredek v fiziki kondenziranih snovi, vol. 2015, ID članka 151683, 22 strani, 2015. doi.org/10.1155/2015/151683.
8. Anankanbil S., Pérez B., Fernandes I., Magdalena K. Widzisz, Wang Z., Mateus N. & Guo Z. (2018). Nova skupina sintetičnih amenofilnih molekul, ki vsebujejo fenol, za večnamensko uporabo: fizikalno-kemijska karakterizacija in študija strupenosti za celice. Znanstvena poročila zvezek 8, številka članka: 832.