Cele Miceliile sunt structuri sferice stabile formate de sute de molecule amfipatice, adică molecule care sunt caracterizate printr - un polar (hidrofil) și regiunea nepolară (hidrofobă). La fel ca moleculele care le compun, micelele au un centru puternic hidrofob, iar suprafața lor este „căptușită” cu grupări polare hidrofile.
Ele rezultă, în majoritatea cazurilor, din amestecarea unui grup de molecule amfipatice cu apă, deci este o modalitate de „stabilizare” a regiunilor hidrofobe ale multor molecule împreună, fapt care este determinat de efectul hidrofob și organizat de forțele van der Waals.
Schema structurală a unei micelele (Sursa: Engleză originală: SuperManu. Spaniolă: AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prin Wikimedia Commons)
Atât detergenții, cât și săpunurile, precum și anumite lipide celulare, pot forma micele, care au relevanță funcțională, cel puțin la animale, din punct de vedere al absorbției grăsimilor și al transportului substanțelor solubile în grăsimi.
Fosfolipidele, una dintre cele mai abundente și importante clase de lipide pentru celulele vii, în anumite condiții pot forma, pe lângă lipozomi și straturi stratificate, structuri micelare.
Micelele pot fi, de asemenea, formate într-un mediu apolar și, în acest caz, se numesc „micele inversate”, deoarece regiunile polare ale moleculelor amfipatice care le formează sunt „ascunse” în centrul hidrofil în timp ce porțiunile apolare sunt în contact direct cu mediul. care le conține.
Structura
Micelele sunt formate din molecule amfipatice sau, cu alte cuvinte, molecule care au o regiune hidrofilă (asemănătoare apei, polare) și o altă regiune hidrofobă (hidrofobă, apolară).
Dintre aceste molecule, se pot menționa acizii grași, moleculele de orice detergent și fosfolipidele membranelor celulare, de exemplu.
În context celular, o micelă este compusă în mod obișnuit din acizi grași (cu lungime variabilă), ale căror grupe carboxilice polare sunt expuse către suprafața agregatului, în timp ce lanțurile hidrocarbonate sunt „ascunse” într-un centru hidrofob, adoptând astfel un structură mai mult sau mai puțin sferică.
Fosfolipidele, care sunt alte molecule amfipatice de mare importanță pentru celule, sunt în general incapabile să formeze micelele, deoarece cele două lanțuri de acizi grași care alcătuiesc „cozile hidrofobe” ocupă dimensiuni mari și îngreunează orice ambalare a formei. sferic.
Formarea unei micele mediate de mediul apos (Sursa: Jwleung / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prin Wikimedia Commons)
În schimb, atunci când aceste molecule se află într-un mediu apos, „se cuibăresc” în straturi (similar cu un sandwich); adică în structuri mai plane, în care fiecare dintre „suprafețele” expuse spre mediu este compusă din capetele polare ale grupurilor atașate la glicerol, iar „umplerea” sandvișului este formată din cozile hidrofobe (acizii grași esterificați la celelalte două carbune ale scheletului glicerol).
Singurul mod în care este posibil ca un fosfolipid să participe la formarea unei micele este atunci când una dintre cele două lanțuri ale acizilor grași este îndepărtată prin hidroliză.
Organizare
Într-o micelă, după cum s-a menționat, „centrul” sechestrează porțiunile nepolare ale moleculelor care le compun și le izolează de apă.
Regiunea centrală a unei micele constă, apoi, dintr-un mediu extrem de dezordonat, cu caracteristici asemănătoare fluidului, în care măsura razei este între 10 și 30% mai mică decât cea a lanțurilor complet extinse ale moleculelor care nu sunt amfipatice. asociate cu complexul molecular.
De asemenea, suprafața unei micele nu este omogenă, ci mai degrabă „aspră” și eterogenă, dintre care unele studii de rezonanță magnetică nucleară indică faptul că doar o treime este acoperită de porțiunile polare ale monomerilor constituenți.
Funcţie
Micelele au funcții foarte importante, atât în natură, cât și în industrie și în cercetare.
În ceea ce privește funcțiile lor în natură, aceste agregate moleculare sunt deosebit de importante pentru absorbția intestinală a grăsimilor (monogliceride și acizi grași), deoarece micelele de diferite dimensiuni și compoziții pot fi formate din moleculele grase ingerate cu alimente și transportându-le la în interiorul celulelor mucoasei intestinale, ceea ce face posibilă absorbția lor.
Micelele funcționează, de asemenea, în transportul colesterolului (o altă clasă de lipide celulare) dobândite prin dietă și a unor așa-numite vitamine „solubile în grăsimi”, motiv pentru care sunt exploatate farmacologic și pentru transportul și administrarea de medicamente cu caracteristici apolare.
Detergenții și săpunurile utilizate zilnic pentru igiena personală sau pentru curățarea diferitelor tipuri de suprafețe sunt compuse din molecule de lipide capabile să formeze micelele atunci când se află într-o soluție apoasă.
Aceste micele se comportă ca niște bile minuscule într-un rulment, oferind soluțiilor săpunului consistența lor alunecoasă și proprietățile lubrifiante. Acțiunea majorității detergenților depinde foarte mult de capacitatea lor de a produce micelele.
În cercetarea și studiul proteinelor de membrană, de exemplu, detergenții sunt folosiți pentru a „purifica” lizatele celulare ale lipidelor care formează straturile caracteristice ale membranelor, precum și pentru a separa proteinele integrale ale membranei de componentele hidrofobe. din aceasta.
Instruire
Pentru a înțelege formarea structurilor micelare, în special în detergenți, este necesar să se țină seama de un concept oarecum abstract: concentrația critică de micelare sau CMC.
Concentrația micelară critică este aceea a concentrației de molecule amfipatice la care încep să se formeze micelele. Este o valoare de referință peste care o creștere a concentrației acestor molecule se va încheia doar cu o creștere a numărului de micelii și sub care acestea sunt organizate preferențial în straturi de pe suprafața mediului apos care le conține. .
Diferențe și asemănări între o micelă și o bicapa formată din fosfolipide (Sursa: 31 martie 2003 în: Utilizator: Stephen Gilbert, 31 martie 2003 în: Utilizator: Stephen Gilbert, 27 decembrie 2004 în: Utilizator: Quadell, traducere Utilizator: imartin6 / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) prin Wikimedia Commons)
Astfel, formarea micelelor este o consecință directă a „amfifilicității” tensioactivilor și depinde foarte mult de caracteristicile structurale ale acestora, în special de relația de formă și dimensiune dintre grupurile polare și apolare.
În acest sens, formarea micelelor este favorizată atunci când zona secțiunii transversale a grupului polar este mult mai mare decât cea a grupului apolar, așa cum se întâmplă cu acizii grași liberi, cu lizofosfolipidele și cu detergenți cum ar fi dodecil sulfatul de sodiu ( SDS).
Alți doi parametri de care depinde formarea micelelor sunt:
- Temperatură: temperatura critică micelară (CMT) a fost de asemenea definită, care este temperatura peste care se favorizează formarea micelelor
- rezistența ionică: relevantă, mai ales, pentru detergenți sau tensioactivi de tip ionic (a căror grupă polară are încărcătură)
Referințe
- Hassan, PA, Verma, G., & Ganguly, R. (2011). 1 Materiale moi À Proprietăți și aplicații. Materiale funcționale: pregătire, prelucrare și aplicații, 1.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, parlamentar, Bretscher, A., … și Matsudaira, P. (2008). Biologia celulelor moleculare. Macmillan.
- Luckey, M. (2014). Biologia structurală a membranei: cu fundații biochimice și biofizice. Presa universitară din Cambridge.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Principiile biochimiei Lehninger (pp. 71-85). New York: WH Freeman.
- Tanford, C. (1972). Forma și mărimea micellei. The Journal of Physical Chemistry, 76 (21), 3020-3024.
- Zhang, Y., Cao, Y., Luo, S., Mukerabigwi, JF, & Liu, M. (2016). Nanoparticulele ca sisteme de administrare de medicamente pentru terapia combinată pentru cancer. În Nanobiomateriale în Terapia Cancerului (pp. 253-280). Editura William Andrew.