AMPHIPATHIC MOLEKULÁK: SZERKEZET, JELLEMZŐK, PÉLDÁK - KÉMIA - 2026

Az amfipátiás vagy az amfifil molekulák azok, amelyek az affinitást vagy visszatükröződést egyidejűleg érzik egy adott oldószerre. Az oldószereket kémiailag poláris vagy apoláris osztályba sorolják; hidrofil vagy hidrofób. Így az ilyen típusú molekulák "szerethetik" a vizet, mivel "gyűlölhetik" azt is.

Az előző meghatározás szerint ennek csak egy módja lehetséges: ezeknek a molekuláknak szerkezetükben poláris és apoláris régiókkal kell rendelkezniük; függetlenül attól, hogy többé-kevésbé homogénen oszlanak el (mint például a fehérjék esetében), vagy heterogénen vannak lokalizálva (felületaktív anyagok esetén)

Buborékok - egy fizikai jelenség, amelyet a levegő-folyadék felületének feszültségcsökkenése okoz, amelynek hatására felületaktív anyag van, amely egy amfifil vegyület. Forrás: Pexels.

A felületaktív anyagok, amelyeket detergenseknek is neveznek, talán a legjobban ismert amfipatikus molekulák az ősidők óta. Mióta az embert elbűvölte a buborék furcsa fiziognómiája, amely a szappanok és tisztítószerek elkészítésével foglalkozik, újra és újra szembeszáll a felületi feszültség jelenségével.

A buborék megfigyelése ugyanaz, mint egy „csapda” megfigyelése, amelynek falai, amelyek az amfipatikus molekulák igazítása révén megtartják a levegő gáztartalmát. Gömb alakjuk a matematikai és geometriai szempontból legstabilabb, mivel minimalizálják a levegő-víz felület feszültségét.

Mindemellett az amfipatikus molekulák két másik tulajdonságát is megvitatták: hajlamosak asszociálódni vagy önállni, és néhány alacsonyabb folyadék felületi feszültség áll fenn (azokat, amelyek ezt meg tudják tenni, felületaktív anyagoknak nevezik).

A nagy társulási hajlandóság eredményeként ezek a molekulák nanorészecskék és az azokat alkotó szupramolekulák morfológiai (és éppen építészeti) tanulmányozási területét nyitják meg; azzal a céllal, hogy olyan vegyületeket hozzon létre, amelyek funkcionalizálhatók és mérhetetlenül kölcsönhatásba léphetnek a sejtekkel és biokémiai mátrixaikkal.

Szerkezet

Egy amfipatikus molekula általános szerkezete. Forrás: Gabriel Bolívar.

Azt mondták, hogy az amfifil vagy amfipátiás molekuláknak poláris és apoláris régiói vannak. Az apoláris régió általában telített vagy telítetlen szénláncból áll (kettős vagy hármas kötésekkel), amelyet "apoláris farok" -ként ábrázolunk; egy "sarki fej" kíséretében, amelyben a legtöbb elektronegatív atom található.

A felső általános felépítés szemlélteti az előző bekezdés észrevételeit. A poláris fej (lila gömb) funkcionális csoportok vagy aromás gyűrűk lehetnek, amelyek állandó dipólmomentumokkal rendelkeznek, és képesek hidrogénkötések kialakítására. Ezért a legnagyobb oxigén- és nitrogéntartalmat ott kell elhelyezni.

Ebben a poláris fejben is lehet ionos, negatív vagy pozitív töltés (vagy mindkettő egyszerre). Ez a régió nagy affinitást mutat a vízhez és más poláros oldószerekhez.

Másrészről, az apoláris farok, figyelembe véve a domináns CH-kötéseit, London szétszórt erõin keresztül kölcsönhatásba lép. Ez a régió a felelős a tény, hogy amfipatikus molekulák is mutat affinitást zsírok és apoláris molekulák a levegőben (N ₂, CO ₂, Ar, stb).

Egyes kémiai szövegekben a felső szerkezet modelljét összehasonlítják a nyalóka alakjával.

Intermolekuláris interakciók

Amikor egy amfipatikus molekula érintkezésbe kerül egy poláris oldószerrel, például vízzel, régióinak eltérő hatása van az oldószermolekulákra.

Először: a vízmolekulák a poláris fej szolvatálására vagy hidratálására törekednek, az apoláris faroktól távol tartva. Ebben a folyamatban molekuláris rendellenesség alakul ki.

Eközben az apoláris farok körüli vízmolekulák hajlamosak úgy elrendeződni, mintha kisméretű kristályok lennének, lehetővé téve számukra a repulációk minimalizálását. Ebben a folyamatban molekuláris sorrend jön létre.

A rendellenességek és a rendek között eljön olyan pont, ahol az amfipátiás molekula kölcsönhatásba lép egy másikkal, ami sokkal stabilabb folyamatot eredményez.

Miscellas

Mindkettőt apoláris farokon vagy poláris fejükön keresztül kell megközelíteni, oly módon, hogy a rokon régiók kölcsönösen kölcsönhatásba lépjenek. Ez ugyanaz, mint elképzelni, hogy a felső képen két "lila nyalóka" közelít, összefonódik fekete farkukkal, vagy összekapcsolja két lila fejüket.

Így kezdődik egy érdekes asszociációs jelenség, amelyben ezeknek a molekuláknak egymás után csatlakoznak. Ezek nem önkényesen vannak összekapcsolva, hanem egy sor szerkezeti paraméter szerint, amelyek végül az apoláris farkokat elkülönítik egyfajta „apoláris magban”, miközben a poláris fejeket poláris héjnak teszik ki.

Akkor azt mondják, hogy egy gömb miscela született. A miscela kialakítása során azonban előzetes szakasz van, amely lipid kettős rétegből áll. Ezek és mások csak néhány a sok olyan makrostruktúrából, amelyeket az amfifil molekulák képesek átvenni.

Az amfipatikus molekulák jellemzői

Egyesület

Gömb alakú variáció, amelyet amfipátiás molekulák képeznek. Forrás: Gabriel Bolívar.

Ha az apoláris farkokat fekete egységekként, a poláris fejeket pedig lila egységekként vesszük észre, akkor a felső képen miért van a miscela kérge lila, magja pedig fekete. A mag apoláris, és kölcsönhatása a víz vagy az oldószer molekuláival semleges.

Ha viszont az oldószer vagy közeg apoláris, akkor a polarfejek szenvednek a replikációtól, következésképpen a miscella központjában fognak elhelyezkedni; vagyis fordítva van (A, alsó kép).

Különböző típusú miscellar szerkezetek vagy morfológiák. Forrás: Gabriel Bolívar.

A fordított miscelánnak fekete apoláris héja és lila poláris magja van. De mielőtt a miscelaákat létrehozták, az amfifil molekulákat külön-külön találják meg, megváltoztatva az oldószer molekulák sorrendjét. A megnövekedett koncentrációval egy vagy kétrétegű struktúrába kezdnek társulni (B).

A B rétegből a rétegek hajlamosak lesznek D formájú vezikulává. Egy másik lehetőség, az apoláris farok alakjától függően, a poláris fejéhez viszonyítva, hogy ezek hengeres miscella (C) kialakulásához kapcsolódnak.

Nanoaggregátumok és szupramolekulák

Ezért öt fő struktúra létezik, amelyek felfedik ezen molekulák alapvető tulajdonságait: nagy hajlamuk asszociálódni és önmagukba szaporodni, és így nanorészecskékké alakulnak.

Így az amfifil molekulák nem önmagukban találhatók, hanem egymással kapcsolatban.

Fizikai

Az amfipátiás molekulák semlegesek, vagy ionmentesen töltöttek. A negatív töltésűeknek oxigénatomja negatív formális töltésű a poláris fejükben. Néhány ilyen oxigénatomok származnak funkciós csoportok, például COO- ^-, -SO ₄ ^-, -SO ₃ ^- vagy -PO ₄ ^-.

Ami a pozitív töltéseket illeti, általában az RNH ₃ ⁺ aminokból származnak.

Ezen töltések jelenléte vagy hiánya nem változtat azon a tényen, hogy ezek a molekulák általában kristályos szilárd anyagokat képeznek; vagy ha viszonylag könnyűek, olajként találhatók meg.

Példák

Az amfipatikus vagy amfifil molekulák néhány példáját az alábbiakban említjük:

-Folipidek: foszfatidil-etanol-amin, szfingomielin, foszfatidil-szerin, foszfatidil-kolin.

-Koleszterin.

-Glucolipids.

-Nátrium-lauril-szulfát.

-Proteinek (amfifiliek, de nem felületaktív anyagok).

-Fenolos zsírok: kardanol, kardolok és anakardiális savak.

-Cetil-trimetil-ammónium-bromid.

-Zsírsavak: palmitinsav, linolsav, olajsav, laurinsav, sztearinsav.

- Hosszú láncú alkoholok: 1-dodekanol és mások.

- Amfifil polimerek: például etoxilezett fenolgyanták.

Alkalmazások

Sejtmembránok

Ezen molekulák társulási képességének egyik legfontosabb következménye az, hogy egyfajta falat építenek: a lipid kettős réteg (B).

Ez a kettős réteg megvédi és szabályozza a vegyületek bejutását és kilépését a sejtekbe. Dinamikus, mivel apoláris farkai forognak, segítve az amfipátiás molekulákat.

Hasonlóképpen, ha ezt a membránt két véghez erősítik, annak függőleges megszerzése érdekében használják annak áteresztőképességének mérésére; és ezzel értékes adatokat nyernek biológiai anyagok és szintetikus membránok tervezéséhez új, eltérő szerkezeti paraméterekkel rendelkező amfipatikus molekulák szintéziséből.

diszpergálószerek

Az olajiparban ezeket a molekulákat és az ezekből szintetizált polimereket az aszfaltenének diszpergálására használják. Ennek az alkalmazásnak a középpontjában az a hipotézis áll, miszerint az aszfaltének kolloid szilárd anyagból állnak, és hajlamosak a flokkulációra és az üledékre barnás-fekete szilárd anyag formájában, ami komoly gazdasági problémákat okoz.

Az amfipátiás molekulák segítik az aszfaltenének hosszabb ideig diszpergálódását az olaj fizikai-kémiai változásaival szemben.

Az emulgeálószerek

Ezek a molekulák segítenek két olyan folyadék keverékében, amelyek rendes körülmények között nem elegyednének. Például a fagylaltban elősegítik, hogy a víz és a levegő ugyanazon szilárd anyag részét képezzék a zsírral együtt. Az erre a célra legszélesebb körben használt emulgeáló szerek között vannak az ehető zsírsavakból származó emulgeálószerek.

mosószerek

Ezeknek a molekuláknak az amfifil jellegét használják a zsírok vagy apoláris szennyeződések csapdába ejtésére, majd egyidejűleg poláros oldószerrel, például vízzel el kell mosni.

A buborékok példájához hasonlóan, ahol a levegő csapdába esett, a mosószerek csapdába csapják a micellájukat, amelyek poláris héjukkal hatékonyan kölcsönhatásba lépnek a vízzel a szennyeződés eltávolításához.

antioxidánsok

A pólusfejek létfontosságúak, mivel meghatározzák a molekula többféle felhasználását, amelyek a testben megtalálhatók.

Ha rendelkeznek például aromás gyűrűkkel (beleértve a fenolgyűrű származékait) és a poláris gyűrűkkel, amelyek semlegesítik a szabad gyököket, akkor vannak amfifil antioxidánsok; és ha ezeknek sem lesz toxikus hatása, akkor új antioxidánsok lesznek a piacon.

Irodalom

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). A sejt molekuláris biológiája. 4. kiadás. New York: Garland Science; A lipid bilayer. Helyreállítva: ncbi.nlm.nih.gov
2. Jianhua Zhang. (2014). Amphiphil molekulák. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, E. Droli, L. Giorno (szerk.), Membránok enciklopédia, DOI 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1.
3. - mondta Joseph. (2019). Az amfipátiás molekulák meghatározása. Tanulmány. Helyreállítva: study.com
4. Lehninger, AL (1975). Biokémia. (2. kiadás). Worth Publishers, Inc.
5. Mathews, CK, van Holde, KE és Ahern, KG (2002). Biokémia. (3. kiadás). Pearson Addison Weshley.
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. március 31.). Mi az a felületaktív anyag? Helyreállítva: gondolat.com
7. Domenico Lombardo, Mihail A. Kiselev, Salvatore Magazù és Pietro Calandra (2015). Amphiphiles öngyűlés: A szupramolekuláris megközelítések alapvető fogalmai és jövőbeli perspektívái. Előrelépések a kondenzált anyagfizikában, vol. 2015, ID: 151683, 22 oldal, 2015. doi.org/10.1155/2015/151683.
8. Anankanbil S., Pérez B., Fernandes I., Magdalena K. Widzisz, Wang Z., Mateus N. és Guo Z. (2018). Szintetikus fenoltartalmú amfifil molekulák új csoportja többcélú felhasználásra: Fizikai-kémiai jellemzés és sejttoxikológiai vizsgálat. Tudományos beszámolók 8. kötet, cikk száma: 832.