MOLECULE AMFIPATICE: STRUCTURĂ, CARACTERISTICI, EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Cele molecule amfipatice sau amfifile sunt acelea care se pot simți afinitate sau repulsie în același timp , pentru un anumit solvent. Solvenții sunt clasificați chimic ca polari sau apolari; hidrofile sau hidrofobe. Astfel, aceste tipuri de molecule pot „iubi” apa, întrucât o pot și „urî”.

Conform definiției anterioare, există o singură cale pentru ca acest lucru să fie posibil: aceste molecule trebuie să aibă regiuni polare și apolare în structurile lor; fie că sunt distribuite mai mult sau mai puțin omogen (cum este cazul proteinelor, de exemplu) sau sunt localizate eterogen (în cazul surfactanților)

Bulele, fenomen fizic cauzat de reducerea tensiunii de suprafață a interfeței aer-lichid datorită acțiunii unui agent tensioactiv, care este un compus amfifil. Sursa: Pexels.

Surfactanții, numiți și detergenți, sunt poate cele mai cunoscute molecule amfipatice din toate timpurile imemoriale. Încă de când Omul a fost captivat de fizionomia ciudată a unei bule, preocupat de pregătirea săpunurilor și a produselor de curățare, a dat peste cap fenomenul de tensiune superficială.

Observarea unei bule este aceeași cu asistarea la o „capcană” ai cărei pereți, formați prin alinierea moleculelor amfipatice, păstrează conținutul gazos al aerului. Formele lor sferice sunt cele mai stabile din punct de vedere matematic și geometric, deoarece reduc la minimum tensiunea de suprafață a interfeței aer-apă.

Acestea fiind spuse, alte două caracteristici ale moleculelor amfipatice au fost discutate: tind să se asocieze sau să se asambleze, iar unele tensiuni de suprafață mai mici în lichide (cele care pot face acest lucru se numesc tensioactivi).

Ca urmare a tendinței înalte de asociere, aceste molecule deschid un câmp de studiu morfologic (și chiar arhitectural) al nanoagregatelor lor și a supra-moleculelor care le compun; cu scopul de a proiecta compuși care să poată fi funcționalizați și să interacționeze în moduri incomensurabile cu celulele și matricele lor biochimice.

Structura

Structura generală a unei molecule amfipatice. Sursa: Gabriel Bolívar.

Se spune că moleculele amfifile sau amfipatice au o regiune polară și o regiune apolară. Regiunea apolară constă, de obicei, dintr-un lanț de carbon saturat sau nesaturat (cu legături duble sau triple), care este reprezentat ca o „coadă apolară”; însoțit de un „cap polar”, în care rezidă cei mai electronegativi atomi.

Structura generală superioară ilustrează comentariile din paragraful precedent. Capul polar (sfera purpurie) poate fi grupuri funcționale sau inele aromatice care au momente dipolice permanente și sunt, de asemenea, capabile să formeze legături de hidrogen. Prin urmare, cel mai mare conținut de oxigen și azot trebuie să fie situat acolo.

În acest cap polar pot exista și sarcini ionice, negative sau pozitive (sau ambele în același timp). Această regiune este cea care prezintă o afinitate ridicată pentru apă și alți solvenți polari.

Pe de altă parte, coada apolară, având în vedere legăturile CH predominante, interacționează prin forțele de împrăștiere din Londra. Această regiune este responsabilă pentru faptul că moleculele amfipatice prezintă de asemenea afinitate pentru grăsimi și molecule nepolare din aer (N ₂ , CO ₂ , Ar, etc.).

În unele texte de chimie, modelul pentru structura superioară este comparat cu forma unei acadele.

Interacțiuni intermoleculare

Când o moleculă amfipatică vine în contact cu un solvent polar, să zicem apa, regiunile sale exercită efecte diferite asupra moleculelor de solvent.

Pentru început, moleculele de apă încearcă să solveze sau să hidrateze capul polar, stând departe de coada apolară. În acest proces este creată tulburarea moleculară.

Între timp, moleculele de apă din jurul cozii apolare tind să se aranjeze ca și cum ar fi mici cristale, permițându-le astfel să minimizeze repulsiile. În acest proces este creată o ordine moleculară.

Între tulburări și ordine, va veni un punct în care molecula amfipatică va căuta să interacționeze cu alta, ceea ce va avea ca rezultat un proces mult mai stabil.

Miscellas

Ambele vor fi abordate prin cozile apolare sau capetele polare, astfel încât regiunile înrudite să interacționeze mai întâi. Acest lucru este identic cu a ne imagina că două „acadele purpurii” din abordarea superioară a imaginii, împletindu-și cozile negre sau unind cele două capete purpurii.

Și astfel începe un fenomen de asociere interesant, în care mai multe dintre aceste molecule sunt unite consecutiv. Ele nu sunt asociate în mod arbitrar, ci în conformitate cu o serie de parametri structurali, care sfârșesc prin izolarea cozilor apolare într-un fel de „nucleu apolar”, în timp ce expun capetele polare ca o coajă polară.

Se spune atunci că s-a născut o miscela sferică. Cu toate acestea, în timpul formării miscelei, există o etapă preliminară constând din ceea ce este cunoscut sub numele de bicapa lipidică. Acestea și altele sunt unele dintre numeroasele macrostructuri pe care le pot adopta moleculele amfifile.

Caracteristicile moleculelor amfipatice

Asociere

Miscelană sferică formată din molecule amfipatice. Sursa: Gabriel Bolívar.

Dacă cozile apolare sunt luate ca unități negre, iar capetele polare ca unități purpurii, se va înțelege de ce în imaginea superioară scoarța miscelei este purpurie, iar nucleul său este negru. Nucleul este apolar, iar interacțiunile sale cu apa sau moleculele de solvent sunt nule.

Dacă, pe de altă parte, solventul sau mediul este apolar, capetele polare sunt cele care vor suferi repulsiile și, în consecință, vor fi localizate în centrul miscelului; adică este inversat (A, imagine inferioară).

Diferite tipuri de structuri sau morfologii diverse. Sursa: Gabriel Bolívar.

Miscelana inversată se observă că are o coajă apolară neagră și un nucleu polar violet. Dar, înainte de formarea miscelasului, moleculele amfifile se găsesc modificând individual ordinea moleculelor de solvent. Odată cu concentrarea crescută, ele încep să se asocieze într-o structură de unu sau două straturi (B).

De la B lamelele încep să se curbeze pentru a forma D, o vezicule. O altă posibilitate, în funcție de forma cozii apolare, în raport cu capul său polar, este aceea că acestea se asociază pentru a da naștere unei miscella cilindrice (C).

Nanoagregate și supramolecule

Prin urmare, există cinci structuri principale, care dezvăluie o caracteristică fundamentală a acestor molecule: tendința lor ridicată de a se asocia și de a se asambla în supramolécule, care se agregă pentru a forma nanoagregate.

Astfel, moleculele amfifile nu se găsesc singure, ci în asociere.

Fizic

Moleculele amfipate pot fi neutre sau încărcate ionic. Cei care au sarcini negative au un atom de oxigen cu o sarcină formală negativă în capul lor polar. Unii dintre acești atomi de oxigen provin din grupuri funcționale, cum ar fi -COO ^- , -SO ₄ ^- , -SO ₃ ^- sau -PO ₄ ^- .

În ceea ce privește tarifele pozitive, acestea provin în general din amine, RNH ₃ ⁺ .

Prezența sau absența acestor sarcini nu modifică faptul că aceste molecule formează în general solide cristaline; sau, dacă sunt relativ ușoare, se găsesc sub formă de uleiuri.

Exemple

Câteva exemple de molecule amfipate sau amfifile vor fi menționate mai jos:

-Fofolipide: fosfatidiletanolamină, sfingomielină, fosfatidilserină, fosfatidilcolină.

-Colesterol.

-Glucolipids.

-Surfat de lauril sulfat.

-Proteine ​​(sunt amfifile, dar nu tensioactive).

-Grasimi fenolice: cardanol, cardoli si acizi anacardici.

-Bromură de cetiltrimetilamoniu.

-Acizi grași: palmitic, linoleic, oleic, lauric, stearic.

-Alcooli cu lanț lung: 1-dodecanol și alții.

-Polimeri amfifili: cum ar fi rășini fenolice etoxilate.

Aplicații

Membrane celulare

Una dintre cele mai importante consecințe ale capacității acestor molecule de a se asocia este faptul că construiesc un fel de perete: stratul lipidic (B).

Această stratură se extinde pentru a proteja și regla intrarea și ieșirea compușilor în celule. Este dinamică, deoarece cozile sale apolare se rotesc ajutând moleculele amfipatice să se miște.

De asemenea, atunci când această membrană este atașată la două capete, pentru a o avea vertical, este utilizată pentru a măsura permeabilitatea acesteia; și cu aceasta se obțin date valoroase pentru proiectarea materialelor biologice și a membranelor sintetice din sinteza de noi molecule amfipatice cu parametri structurali diferiți.

dispersanți

În industria petrolului, aceste molecule și polimerii sintetizați din ele sunt utilizate pentru a dispersa asphaltenii. Concentrația acestei aplicații se bazează pe ipoteza că asphaltenii constau dintr-un solid coloidal, cu o tendință ridicată de floculare și sedimentare ca un solid maro-negru care provoacă grave probleme economice.

Moleculele amfipatice ajută la menținerea asphaltenilor dispersați mai mult timp în fața schimbărilor fizico-chimice din ulei.

emulgatori

Aceste molecule ajută la amestecarea a două lichide care nu ar fi miscibile în condiții obișnuite. În înghețate, de exemplu, acestea ajută apa și aerul să facă parte din același solid împreună cu grăsimea. Printre emulgatorii cei mai utilizați în acest scop se numără cei derivați din acizii grași comestibili.

detergenţi

Natura amfifilă a acestor molecule este utilizată pentru a captura grăsimile sau impuritățile apolare, pentru a fi apoi spălată în același timp de un solvent polar, cum ar fi apa.

Ca exemplul bulelor în care aerul a fost prins, detergenții captează grăsimea în micelele lor, care, având o înveliș polar, interacționează eficient cu apa pentru a îndepărta murdăria.

Antioxidantii

Capetele polare au o importanță vitală, deoarece definesc multiplele utilizări pe care le pot avea aceste molecule în interiorul corpului.

Dacă dețin, de exemplu, un set de inele aromatice (inclusiv derivați ai unui inel fenolic) și polare capabile să neutralizeze radicalii liberi, atunci vor exista antioxidanți amfifili; și dacă nu au efecte toxice, vor exista noi antioxidanți pe piață.

Referințe

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J și colab. (2002). Biologia moleculară a celulei. Ediția a 4-a. New York: Garland Science; Bilayerul lipidic. Recuperat din: ncbi.nlm.nih.gov
2. Jianhua Zhang (2014). Molecule amfifile. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, E. Droli, L. Giorno (eds.), Enciclopedia membranelor, DOI 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1.
3. A spus Iosif. (2019). Definiția Amphipathic Molecules. Studiu. Recuperat din: studiu.com
4. Lehninger, AL (1975). Biochimie. (Ediția a II-a). Worth Publishers, inc.
5. Mathews, CK, van Holde, KE și Ahern, KG (2002). Biochimie. (Ediția a III-a). Pearson Addison Weshley.
6. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (31 martie 2019). Ce este un agent tensioactiv? Recuperat de la: thinkco.com
7. Domenico Lombardo, Mikhail A. Kiselev, Salvatore Magazù și Pietro Calandra (2015). Amfipile auto-asamblare: concepte de bază și perspective viitoare ale abordărilor supramoleculare. Avansuri în fizica materiei condensate, vol. 2015, articol ID 151683, 22 pagini, 2015. doi.org/10.1155/2015/151683.
8. Anankanbil S., Pérez B., Fernandes I., Magdalena K. Widzisz, Wang Z., Mateus N. și Guo Z. (2018). Un nou grup de molecule amfifile care conțin fenolice sintetice pentru aplicații multifuncționale: caracterizarea fizico-chimică și studiul toxicității celulare. Rapoarte științifice volumul 8, număr articol: 832.