AMFIPĀTISKĀS MOLEKULAS: STRUKTŪRA, RAKSTURLIELUMI, PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Par amphipathic vai Amfifilas molekulas ir tie, kas var sajust piederību vai riebumu, lai tajā pašā laikā konkrētā šķīdinātāju. Šķīdinātājus ķīmiski klasificē kā polārus vai apolārus; hidrofilas vai hidrofobas. Tādējādi šāda veida molekulas var "mīlēt" ūdeni, jo viņi to var arī "ienīst".

Saskaņā ar iepriekšējo definīciju tam ir tikai viens veids: šo molekulu struktūrās jābūt polārajam un apolārajam reģionam; vai tie ir vairāk vai mazāk viendabīgi sadalīti (kā tas ir, piemēram, olbaltumvielās), vai arī tie ir neviendabīgi lokalizēti (virsmaktīvo vielu gadījumā)

Burbuļi - fiziska parādība, ko izraisa gaisa un šķidruma saskarnes virsmas spraiguma samazināšanās virsmaktīvās vielas, kas ir amfifilais savienojums, darbības dēļ. Avots: Pexels.

Virsmaktīvās vielas, ko sauc arī par mazgāšanas līdzekļiem, iespējams, ir pazīstamākās amfātiskās molekulas kopš visiem laikiem. Kopš brīža, kad cilvēku aizrāva burbuļa dīvainā fiziognomija, uztraucoties par ziepju un tīrīšanas līdzekļu sagatavošanu, viņš atkal un atkal ir saskāries ar virsmas spraiguma parādību.

Burbuļa novērošana ir tāda pati kā “slazda” novērošana, kura sienas, veidojot amfātisko molekulu izlīdzināšanu, saglabā gaisa gāzveida saturu. To sfēriskās formas ir matemātiski un ģeometriski visstabilākās, jo tās samazina gaisa un ūdens saskarnes virsmas spraigumu.

Tomēr tika apspriestas divas citas amfātisko molekulu īpašības: tām ir tendence asociēties vai pašsadalīties, kā arī daži zemāki šķidrumu virsmas spriedzes līmeņi (tos, kas to spēj, sauc par virsmaktīvajām vielām).

Lielās tieksmes asociēties rezultātā šīs molekulas paver nanodaļiņu un to veidojošo supramolekulu morfoloģisko (un pat arhitektonisko) pētījumu lauku; ar mērķi radīt savienojumus, kurus varētu funkcionalizēt un neizmērojamā veidā mijiedarboties ar šūnām un to bioķīmiskajām matricām.

Uzbūve

Amfipātiskās molekulas vispārējā struktūra. Avots: Gabriel Bolívar.

Tika teikts, ka amfifiliskām vai amfātiskām molekulām ir polārais un apolārais reģions. Apolārais reģions parasti sastāv no piesātinātas vai nepiesātinātas oglekļa ķēdes (ar divkāršām vai trīskāršām saitēm), ko attēlo kā “apolāru asti”; kopā ar "polāro galvu", kurā atrodas visvairāk elektronegatīvie atomi.

Augšējā vispārējā struktūra ilustrē iepriekšējā punkta komentārus. Polārā galva (purpursarkanā sfēra) var būt funkcionālas grupas vai aromātiski gredzeni, kuriem ir pastāvīgi dipola momenti, un kas arī spēj veidot ūdeņraža saites. Tāpēc tur jāatrodas visaugstākajam skābekļa un slāpekļa saturam.

Šajā polārajā galvā var būt arī jonu, negatīvas vai pozitīvas lādītes (vai abas vienlaikus). Šis reģions parāda augstu afinitāti pret ūdeni un citiem polārajiem šķīdinātājiem.

No otras puses, apolārā aste, ņemot vērā tās dominējošās CH saites, mijiedarbojas ar Londonas izkliedes spēkiem. Šis reģions ir atbildīgs par to, ka amfātiskās molekulas uzrāda arī afinitāti pret taukiem un apolārām molekulām gaisā (N ₂ , CO ₂ , Ar utt.).

Dažos ķīmijas tekstos augšējās struktūras modelis tiek salīdzināts ar konfektes formu.

Starpmolekulārā mijiedarbība

Kad amfātiskā molekula nonāk saskarē ar polāro šķīdinātāju, piemēram, ūdeni, tā reģioni atšķirīgi ietekmē šķīdinātāja molekulas.

Sākumā ūdens molekulas mēģina solvatēt vai hidratēt polāro galvu, paliekot prom no apolārā astes. Šajā procesā tiek radīti molekulārie traucējumi.

Tikmēr ūdens molekulas ap apolāro asti mēdz sakārtoties tā, it kā tie būtu mazi kristāli, tādējādi ļaujot tām samazināt atgrūšanos. Šajā procesā tiek izveidota molekulārā kārtība.

Starp traucējumiem un pasūtījumiem pienāks punkts, kurā amfātiskā molekula centīsies mijiedarboties ar citu, kā rezultātā process būs daudz stabilāks.

Miscellas

Abiem uzrunās caur apolārajām astēm vai polārajām galvām tādā veidā, ka vispirms mijiedarbojas saistīti reģioni. Tas ir tas pats, kas iedomāties, ka augšējā attēlā tuvojas divi "purpura konfektes", savijot to melnās astes vai savienojot abas purpura galvas.

Un tā sākas interesanta asociācijas parādība, kurā vairākas no šīm molekulām ir savienotas pēc kārtas. Tie nav saistīti patvaļīgi, bet saskaņā ar virkni strukturālo parametru, kas galu galā izolē apolārās astes sava veida “apolārā kodolā”, vienlaikus pakļaujot polārās galvas kā polāro apvalku.

Tad tiek teikts, ka ir dzimusi sfēriska miscela. Tomēr miscelas veidošanās laikā notiek sākotnējais posms, kas sastāv no tā dēvētā lipīdu divslāņa. Šīs un citas ir dažas no daudzajām makrostruktūrām, kuras var pieņemt amfifilu molekulas.

Amfipātisko molekulu raksturojums

Asociācija

Sfēriskas misenas, ko veido amfātiskās molekulas. Avots: Gabriel Bolívar.

Ja apolārās astes tiek ņemtas par melnām vienībām, bet polārās galvas kā purpursarkanas -, saprot, kāpēc augšējā attēlā misēlas miza ir purpursarkana un tās kodols ir melns. Kodols ir apolārs, un tā mijiedarbība ar ūdens vai šķīdinātāja molekulām ir nulle.

Ja, no otras puses, šķīdinātājs vai barotne ir apolāra, atgrūšanos izjutīs polārās galvas, un attiecīgi tās atradīsies miscella centrā; tas ir, tas ir apgriezts (A, apakšējais attēls).

Dažādu veidu miscellar struktūras vai morfoloģijas. Avots: Gabriel Bolívar.

Tiek novērots, ka apgrieztajam miscelanam ir melns apolārs apvalks un purpursarkans polārs kodols. Bet pirms miscelas veidošanās amfifilas molekulas tiek atrasti individuāli, mainot šķīdinātāju molekulu secību. Palielinoties koncentrācijai, viņi sāk asociēties viena vai divu slāņu struktūrā (B).

Sākot no B, slāņi sāk izliekties, veidojot D, pūslīšu. Cita iespēja, kas ir atkarīga no apolārās astes formas attiecībā pret tās polāro galvu, ir tāda, ka tie saista, veidojot cilindrisku miscella (C).

Nanoagregāti un supramolekulāri

Tāpēc ir piecas galvenās struktūras, kas atklāj šo molekulu pamatīpašības: to lielā tendence asociēties un pašsadalīties supramolēlēs, kas apvienojas, veidojot nanoagregāti.

Tādējādi amfifiilās molekulas neatrodas atsevišķi, bet gan kopā.

Fiziskā

Amfipātiskās molekulas var būt neitrālas vai jonu lādētas. Tiem, kuriem ir negatīvas lādiņas, polārā galvā ir skābekļa atoms ar negatīvu formālo lādiņu. Daži no šiem skābekļa atomiem nāk no funkcionālajām grupām, piemēram, -COO ^- , -SO ₄ ^- , -SO ₃ ^- vai -PO ₄ ^- .

Runājot par pozitīvajiem lādiņiem, tie parasti nāk no amīniem RNH ₃ ⁺ .

Šo lādiņu esamība vai neesamība nemaina faktu, ka šīs molekulas parasti veido kristāliskas cietas vielas; vai, ja tie ir salīdzinoši viegli, tie ir atrodami kā eļļas.

Piemēri

Tālāk tiks minēti daži amfātisko vai amfifilisko molekulu piemēri:

-Folipīdi: fosfatidiletanolamīns, sfingomielīns, fosfatidilserīns, fosfatidilholīns.

-Holesterīns.

-Glikolipīdi.

-Nātrija laurilsulfāts.

-Proteīni (tie ir amfifīli, bet nav virsmaktīvās vielas).

-Fenola tauki: kardanols, kardoli un anakardija skābes.

-Cetiltrimetilamonija bromīds.

-Taukskābes: palmitīnskābe, linolskābe, oleīnskābe, laurīnskābe, stearīnskābe.

- Garās ķēdes spirti: 1-dodekanols un citi.

-Amphiphilic polimēri: piemēram, etoksilēti fenola sveķi.

Lietojumprogrammas

Šūnu membrānas

Viena no vissvarīgākajām šo molekulu saistīšanās seku sekām ir tā, ka tās veido sava veida sienu: lipīdu divslāņu (B).

Šis divslāņu stiepjas, lai aizsargātu un regulētu savienojumu iekļūšanu un izkļūšanu šūnās. Tas ir dinamisks, jo tā polārās astes griežas, palīdzot amfātisko molekulām kustēties.

Tāpat, kad šī membrāna ir piestiprināta pie diviem galiem, lai tā būtu vertikāli, to izmanto, lai izmērītu tās caurlaidību; un līdz ar to tiek iegūti vērtīgi dati bioloģisko materiālu un sintētisko membrānu projektēšanai, sintēzē veidojot jaunas amfātiskās molekulas ar atšķirīgiem strukturālajiem parametriem.

Dispersanti

Naftas rūpniecībā šīs molekulas un no tām sintezētie polimēri tiek izmantoti asfaltenu izkliedēšanai. Šajā pieteikumā galvenā uzmanība pievērsta hipotēzei, ka asfalteīni sastāv no koloidālās cietas vielas ar lielu tendenci flokulēties un nogulšņos kā brūni-melnu cietvielu, kas rada nopietnas ekonomiskas problēmas.

Amfipātiskās molekulas palīdz asfaltenēnus ilgstoši izkliedēt, saskaroties ar eļļas fizikāli ķīmiskajām izmaiņām.

Emulgatori

Šīs molekulas palīdz diviem šķidrumiem sajaukt, kas parastos apstākļos nebūtu sajaucams. Piemēram, saldējumos tie palīdz ūdenim un gaisam kopā ar taukiem veidot vienas un tās pašas cietās vielas daļu. Starp šim nolūkam visplašāk izmantotajiem emulgatoriem ir tie, kas iegūti no pārtikas taukskābēm.

Mazgāšanas līdzekļi

Šo molekulu amfifilais raksturs tiek izmantots, lai notvertu taukus vai apolāros piemaisījumus, pēc tam tos vienlaikus nomazgājot ar polāro šķīdinātāju, piemēram, ūdeni.

Līdzīgi kā burbuļu piemērs, kurā tika iesprostots gaiss, mazgāšanas līdzekļi slazdo taukus to micellās, kuras ar polāro apvalku efektīvi mijiedarbojas ar ūdeni, lai notīrītu netīrumus.

Antioksidanti

Polārajām galvām ir būtiska nozīme, jo tās nosaka daudzkārtēju lietojumu, kāds šīm molekulām var būt ķermenī.

Ja tiem piem., Ir aromātisko gredzenu komplekts (ieskaitot fenola gredzena atvasinājumus) un polāros, kas spēj neitralizēt brīvos radikāļus, tad būs amfifiliski antioksidanti; un ja tiem arī nav toksiskas ietekmes, tad tirgū būs pieejami jauni antioksidanti.

Atsauces

1. Alberts B, Džonsons A, Lūiss J, et al. (2002). Šūnas molekulārā bioloģija. 4. izdevums. Ņujorka: Garland Science; Lipīdu balinātājs. Atgūts no: ncbi.nlm.nih.gov
2. Džianhua Džana. (2014). Amphiphilic molekulas. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, E. Droli, L. Giorno (red.), Membrānu enciklopēdija, DOI 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1.
3. Teica Jāzeps. (2019. gads). Amfipātisko molekulu definīcija. Pētījums. Atgūts no: study.com
4. Lehninger, AL (1975). Bioķīmija. (2. izdevums). Vērts izdevējs, inc.
5. Mathews, CK, van Holde, KE un Ahern, KG (2002). Bioķīmija. (3. izdevums). Pīrsons Addisons Veslijs.
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. gada 31. marts). Kas ir virsmaktīvā viela? Atgūts no: domaco.com
7. Domeniko Lombardo, Mihails A. Kiseļevs, Salvatore Magazù un Pietro Calandra (2015). Amphiphiles pašsapulce: Supramolekulārās pieejas pamatjēdzieni un nākotnes perspektīvas. Jaunumi saīsinātā materiāla fizikā, 3.sēj. 2015, Raksta ID 151683, 22 lpp., 2015. doi.org/10.1155/2015/151683.
8. Anankanbil S., Pérez B., Fernandes I., Magdalena K. Widzisz, Wang Z., Mateus N. & Guo Z. (2018). Jauna sintētisko fenolu saturošu amfifilu molekulu grupa daudzfunkcionāliem lietojumiem: Fizikāli ķīmiskais raksturojums un šūnu toksicitātes pētījums. Zinātnisko ziņojumu 8. sējums, artikula numurs: 832.