AMFIPATINĖS MOLEKULĖS: STRUKTŪRA, CHARAKTERISTIKOS, PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025

Kad amfipatiniai arba amfifilinės molekulės yra tie, kurie gali pajusti giminingumą arba stūmos su tuo pačiu metu už tam tikrą tirpiklyje. Tirpikliai chemiškai klasifikuojami kaip poliniai arba apoliniai; hidrofilinis arba hidrofobinis. Taigi, šios rūšies molekulės gali „mylėti“ vandenį, nes jos taip pat gali „nekęsti“ jo.

Pagal ankstesnį apibrėžimą, tai įmanoma tik vienu būdu: šių molekulių struktūros turi būti polinės ir apolinės; arba jie pasiskirsto daugiau ar mažiau vienodai (kaip, pavyzdžiui, baltymai), arba yra išdėstyti nevienalytiškai (jei yra paviršiaus aktyviųjų medžiagų)

Burbulai - fizinis reiškinys, kurį sukelia oro ir skysčio sąsajos paviršiaus įtempio sumažėjimas dėl paviršiaus aktyviosios medžiagos, kuri yra amfifilinis junginys, veikimo. Šaltinis: Pexels.

Paviršinio aktyvumo medžiagos, dar vadinamos plovikliais, yra turbūt geriausiai žinomos amfipatinės molekulės iš visų neatmenamų laikų. Nuo to laiko, kai žmogų sužavėjo keista fiziologinė burbulo problema, susirūpinusi dėl muilo ir valymo priemonių paruošimo, jis ne kartą susidūrė su paviršiaus įtempimo reiškiniu.

Stebėti burbulą yra tas pats, kas pastebėti „spąstus“, kurių sienos, suformuotos suderinus amfipatines molekules, sulaiko dujinį oro kiekį. Jų sferinės formos yra matematiškai ir geometriškai stabiliausios, nes jos sumažina oro ir vandens sąsajos paviršiaus įtempį.

Aptariamos dvi kitos amfipatinių molekulių savybės: jos linkusios susieti ar savaime susirenkti, taip pat kai kurie skysčių paviršiaus įtempimai yra mažesni (tie, kurie tai gali padaryti, vadinami paviršiaus aktyviosiomis medžiagomis).

Dėl didelio polinkio asocijuotis, šios molekulės atveria savo nanoagregatų ir juos sudarančių supramolekulių morfologinių (ir netgi architektūrinių) tyrimų lauką; siekiant suprojektuoti junginius, kurie galėtų būti funkcionalizuojami ir neišmatuojamai sąveikauti su ląstelėmis ir jų biocheminėmis matricomis.

Struktūra

Bendroji amfipatinės molekulės struktūra. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Buvo sakoma, kad amfifilinės arba amfipatinės molekulės turi polinę ir apolinę sritis. Apoliarinė sritis paprastai susideda iš prisotintos arba nesočiosios anglies grandinės (su dvigubais ar trigubais ryšiais), kuri vaizduojama kaip „apoliarinė uodega“; lydimas „polinės galvos“, kurioje yra daugiausia elektroneigiamų atomų.

Viršutinė bendroji struktūra iliustruoja ankstesnės pastraipos komentarus. Polinė galvutė (purpurinė sfera) gali būti funkcinės grupės arba aromatiniai žiedai, turintys nuolatinius dipolio momentus, taip pat galintys sudaryti vandenilio ryšius. Todėl jame turi būti didžiausias deguonies ir azoto kiekis.

Šioje polinėje galvoje taip pat gali būti joninių, neigiamų ar teigiamų krūvių (arba abu tuo pačiu metu). Šis regionas rodo didelį afinitetą vandeniui ir kitiems poliniams tirpikliams.

Kita vertus, apoliarinė uodega, atsižvelgiant į vyraujančius CH ryšius, sąveikauja per Londono išsklaidymo jėgas. Ši sritis yra atsakinga už tai, kad amfipatinės molekulės taip pat rodo afinitetą ore esantiems riebalams ir apoliarinėms molekulėms (N ₂ , CO ₂ , Ar ir kt.).

Kai kuriuose chemijos tekstuose viršutinės struktūros modelis lyginamas su saldainio forma.

Tarpmolekulinės sąveikos

Kai amfipatinė molekulė liečiasi su poliniu tirpikliu, tarkime, vandeniu, jo sritys tirpiklio molekulėms daro skirtingą poveikį.

Pirmiausia vandens molekulės siekia ištirpinti arba hidratuoti polinę galvą, laikydamosi atokiau nuo apoliarinės uodegos. Šiame procese sukuriami molekuliniai sutrikimai.

Tuo tarpu vandens molekulės, esančios aplink apoliarinę uodegą, linkusios susitvarkyti taip, tarsi būtų maži kristalai, tokiu būdu leisdami joms kuo labiau sumažinti atstūmimus. Šiame procese sukuriama molekulinė tvarka.

Tarp sutrikimų ir įsakymų ateis taškas, kai amfipatinė molekulė sieks sąveikauti su kita, o tai lems žymiai stabilesnį procesą.

Miscellas

Į abu bus kreiptasi per jų apoliarines uodegas ar polines galvas taip, kad pirmieji sąveikautų susiję regionai. Tai tas pats, kaip įsivaizduoti, kad du „purpuriniai saldainiai“ viršutiniame paveiksle artėja, susipynę juodomis uodegomis ar sujungdami dvi jų purpurines galvas.

Taigi prasideda įdomus asociacijos reiškinys, kuriame kelios iš šių molekulių yra sujungtos iš eilės. Jie nėra susieti savavališkai, bet pagal daugybę struktūrinių parametrų, kurie galų gale izoliuoja apoliarines uodegas tam tikrame „apoliariniame branduolyje“, o poliarines galvas eksponuoja kaip polinį apvalkalą.

Tuomet sakoma, kad gimė sferinė miselė. Tačiau formuojant miskę yra paruošiamasis etapas, kurį sudaro vadinamasis lipidų dvisluoksnis sluoksnis. Šie ir kiti yra keletas iš daugelio makrostruktūrų, kurias gali priimti amfifilinės molekulės.

Amfipatinių molekulių charakteristikos

Asociacija

Sferinės misenijos, suformuotos iš amfipatinių molekulių. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Jei apoliarinės uodegos imamos kaip juodi vienetai, o polinės galvos kaip purpurinės spalvos vienetai, bus suprantama, kodėl viršutiniame paveiksle miscelės žievė yra purpurinė, o jos branduolys yra juodas. Branduolys yra apoliarus, jo sąveika su vandens ar tirpiklio molekulėmis yra niekinė.

Kita vertus, jei tirpiklis ar terpė yra poliariški, atstūmimą patirs polinės galvos, taigi jos bus išdėstytos miscelės centre; tai yra, jis yra apverstas (A, apatinis vaizdas).

Įvairių tipų raketų struktūros ar morfologijos. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Pastebėta, kad apverstas miscelainas turi juodą poliarinį apvalkalą ir purpurinį polinį branduolį. Bet prieš formuojant miscelas, amfifilinės molekulės randamos atskirai, keičiant tirpiklio molekulių tvarką. Padidėjus koncentracijai, jie pradeda jungtis į vieno ar dviejų sluoksnių struktūrą (B).

Nuo B sluoksniai pradeda lenkti, sudarydami D, pūslelę. Kita galimybė, priklausomai nuo apoliarinės uodegos formos jos polinės galvos atžvilgiu, yra tai, kad jie gali sukelti cilindrinę miscella (C).

Nanoagregatai ir supermolekulės

Todėl yra penkios pagrindinės struktūros, atskleidžiančios esmines šių molekulių savybes: jų didelis polinkis susieti ir savarankiškai susiburti į supramolėles, kurios kaupiasi ir sudaro nanoagregatus.

Taigi amfifilinės molekulės randamos ne atskirai, bet kartu.

Fizinis

Amfipatinės molekulės gali būti neutralios arba joninės. Tie, kurie turi neigiamus krūvius, deguonies atomą turi neigiamą formalųjį krūvį savo polinėje galvoje. Kai kurie iš šių deguonies atomais iš funkcinių grupių, tokių kaip -COO- ^- , -SO ₄ ^- , -SO ₃ ^- arba -PO ₄ ^- .

Kalbant apie teigiamus krūvius, jie paprastai gaunami iš aminų, RNH ₃ ⁺ .

Šių krūvių buvimas ar nebuvimas nekeičia fakto, kad šios molekulės paprastai sudaro kristalines kietas medžiagas; arba, jei jie yra palyginti lengvi, jie randami kaip aliejai.

Pavyzdžiai

Toliau bus paminėti keli amfipatinių arba amfifilinių molekulių pavyzdžiai:

-Fofolipidai: fosfatidiletanolaminas, sfingomielinas, fosfatidilserinas, fosfatidilcholinas.

-Cholesterolis.

-Gliukolipidai.

-Natrio laurilo sulfatas.

- Baltymai (jie yra amfifiliniai, bet nėra paviršiaus aktyviųjų medžiagų).

-Fenoliniai riebalai: kardanolis, kardoliai ir anakardinės rūgštys.

-Cetiltrimetilamonio bromidas.

-Riebalų rūgštys: palmitino, linolo, oleino, lauro, stearino rūgštys.

- Ilgos grandinės alkoholiai: 1-dodekanolis ir kiti.

- amfifiliniai polimerai: tokie kaip etoksilintos fenolio dervos.

Programos

Ląstelių membranos

Viena iš svarbiausių šių molekulių gebėjimo susieti pasekmių yra tai, kad jos sukuria savotišką sieną: lipidų dvisluoksnį (B).

Šis dvisluoksnis sluoksnis apsaugo ir reguliuoja junginių patekimą ir išėjimą į ląsteles. Ji yra dinamiška, nes jos poliarinės uodegos sukasi ir padeda amfipatinėms molekulėms judėti.

Panašiai, kai ši membrana pritvirtinama prie dviejų galų, kad ji būtų vertikaliai, ji naudojama jos laidumui matuoti; ir tuo remiantis gaunami vertingi duomenys apie biologinių medžiagų ir sintetinių membranų projektavimą sintezuojant naujas amfipatines molekules, turinčias skirtingus struktūrinius parametrus.

Dispergentai

Naftos pramonėje šios molekulės ir iš jų sintetinti polimerai yra naudojami asfaltenams išsklaidyti. Pagrindinis šio taikymo tikslas - hipotezė, kad asfaltenai susideda iš koloidinės kietos medžiagos, turinčios didelę tendenciją flokuliuoti ir nuosėdose tapti rudos ir juodos spalvos kieta medžiaga, kuri sukelia rimtų ekonominių problemų.

Amfipatinės molekulės padeda išlaikyti asfaltenus ilgesnį laiką išsisklaidžiusiems esant fizikiniams ir cheminiams aliejaus pokyčiams.

Emulsikliai

Šios molekulės padeda sumaišyti du skysčius, kurie įprastomis sąlygomis nebūtų maišomi. Pvz., Leduose jie padeda vandeniui ir orui sudaryti tos pačios kietosios medžiagos dalį kartu su riebalais. Tarp labiausiai šiuo tikslu naudojamų emulsiklių yra tie, kurie gaunami iš maistinių riebalų rūgščių.

Plovikliai

Šių molekulių amfifilinis pobūdis yra naudojamas riebalams ar apoliarinėms priemaišoms gaudyti, o po to tuo pačiu metu nuplaunamas poliniu tirpikliu, pavyzdžiui, vandeniu.

Kaip burbuliukų, kuriuose buvo įstrigęs oras, pavyzdyje, plovikliai sulaiko riebalus jų micelėse, kurios, turėdamos polinį apvalkalą, efektyviai sąveikauja su vandeniu ir pašalina nešvarumus.

Antioksidantai

Polinės galvos yra gyvybiškai svarbios, nes jos nusako daugybę šių molekulių naudojimo būdų kūne.

Jei jie, pavyzdžiui, turi aromatinių žiedų (įskaitant fenolio žiedo darinius) ir polinių, galinčių neutralizuoti laisvuosius radikalus, rinkinį, tai bus amfifilinių antioksidantų; Jei jie taip pat neturi toksiško poveikio, rinkoje bus naujų antioksidantų.

Nuorodos

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J ir kt. (2002). Ląstelės molekulinė biologija. 4-asis leidimas. Niujorkas: „Garland Science“; Lipidų didintojas. Atkurta iš: ncbi.nlm.nih.gov
2. Jianhua Zhang. (2014). Amfifilinės molekulės. „Springer-Verlag Berlin Heidelberg“, E. Droli, L. Giorno (red.), Membranų enciklopedija, DOI 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1.
3. - tarė Juozapas. (2019 m.). Amfipatinių molekulių apibrėžimas. Tyrimas. Atgauta iš: study.com
4. Lehninger, AL (1975). Biochemija. (2-asis leidimas). Verta leidėjų, įskaitant
5. Mathews, CK, van Holde, KE ir Ahern, KG (2002). Biochemija. (3 leidimas). Pearsonas Addisonas Weshley'as.
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019 m. Kovo 31 d.). Kas yra paviršiaus aktyvioji medžiaga? Atgauta iš: thinkco.com
7. Domenico Lombardo, Michailas A. Kiselevas, „Salvatore Magazù“ ir „Pietro Calandra“ (2015). Amphiphiles'o sambūris: Supramolekulinių metodų pagrindinės sąvokos ir ateities perspektyvos. Pažangos sutelktųjų medžiagų fizikoje, t. 2015 m., ID ID 151683, 22 puslapiai, 2015. doi.org/10.1155/2015/151683.
8. Anankanbil S., Pérez B., Fernandes I., Magdalena K. Widzisz, Wang Z., Mateus N. & Guo Z. (2018). Nauja grupė sintetinių fenolio turinčių amfifilinių molekulių, skirtų įvairiems tikslams: Fizikinis ir cheminis apibūdinimas ir ląstelių toksiškumo tyrimas. Mokslinių ataskaitų 8 tomas, straipsnio numeris: 832.