Tabla de Contenidos
Амфипатичната молекула, наричана още амфифилна, е химично съединение, чиято структура показва две области с противоположни полярности, едната от които е полярна и следователно хидрофилна, докато другата е неполярен, което я прави хидрофобна или липофилна. Това е много важен клас химични съединения, които могат да взаимодействат едновременно с водна фаза и неполярна органична фаза, което улеснява образуването на стабилни смеси между тези фази, като суспензии и колоиди. От друга страна, те също са вид съединение, което прави възможно да се направи съвместимо присъствието на неполярни органични вещества във водна среда, което е от съществено значение за съществуването на живота, какъвто го познаваме.
Етимология на термина амфипатичен
Етимологично терминът амфипатичен се образува от обединението на две древногръцки думи:
амфис + патикос
Амфис означава „и двете“ или „от двете страни“, а патикос , което на свой ред идва от древногръцки патос , се отнася до „преживяване“ или „усещане“. По този начин можем да кажем, че терминът амфипатичен се отнася до химическо вещество, което изпитва различни взаимодействия от противоположните страни на своята структура или което усеща различни привличания от двете страни на молекулата.
От друга страна, общ синоним на амфипатичен е амфифилен, термин, който се използва както в биологията, така и в химията, за да се отнася до един и същ клас съединения. Терминът амфифилен също идва от два гръцки термина:
амфис + филия
Филия е древногръцки термин, който означава любов, така че терминът амфифилна молекула се отнася до молекула, която е едновременно любител на вода (хидрофилна молекула) и неполярни съединения (липофилна молекула). Липофилните молекули се наричат още хидрофобни, тъй като привличането към неполярно вещество непременно предполага отблъскване на водата.
Структура на амфипатичните молекули
Както бе споменато по-горе, амфипатичната молекула има две страни с различни полярни характеристики. Това е така, защото единият край на молекулата е полярен, докато другият край е неполярен.
Полярната част обикновено съставлява само малка част от молекулата, докато неполярната част обикновено се състои от дълга въглеводородна верига, или напълно наситена, или с известна ненаситеност. Поради тази разлика в размерите и броя на атомите, които изграждат всяка част от молекулата, полярната част обикновено се нарича глава, докато неполярната част се нарича опашка.
Това структурно описание ни позволява да дефинираме амфипатичните или амфифилните молекули като тези химични съединения, които имат полярна глава и неполярна опашка в структурата си.
Полярната глава или хидрофилният край
Полярният край на амфипатичните молекули се характеризира със силно полярни или дори йонни функционални групи. В някои особено важни случаи в биологията те могат дори да притежават цвитерионни домени, тоест части от молекулата, които носят противоположни електрически заряди, но чийто нетен заряд е нула.
Друга важна характеристика на функционалните групи, присъстващи в полярната глава на амфипатичните или амфифилните молекули, е, че те имат способността да образуват една или повече водородни връзки с водни молекули. Тоест, те са групи, които имат или атоми с нетен отрицателен или положителен заряд, или групи със силно електроотрицателни атоми, които са поляризирани и имат свободни двойки електрони, които могат да споделят с водната молекула.
Въпреки че не е строго необходимо, функционалните групи на полярните глави също обикновено са протонни, тоест те имат способността да действат като донори на водородния атом при образуването на водородна връзка с водата.
Някои примери за функционални групи, които обикновено се срещат в полярните глави на много амфипатични молекули, са:
| Функционална група | Описание |
| Хидроксилни групи (–OH) | Хидроксилните групи, присъстващи във функционалните групи на алкохоли, феноли и други, са протични полярни групи, които имат способността да образуват до три водородни връзки с вода, две като акцептор на водородния атом и една като донор. |
| Карбоксилна група (–COOH) | Те съответстват на функционалната група на карбоксилните киселини, най-често срещаният клас органични киселини. Те са силно полярни протични групи, които могат да образуват множество водородни връзки с вода. |
| Амино групи (–NH 2 , –NHR или –NR 2 ) | Всички първични, вторични и третични амини притежават полярни връзки и тригонална пирамидална геометрия, която ги прави полярни. Във всички случаи азотът притежава несподелена електронна двойка, която може да споделя, за да образува водородни връзки. Първичните и вторичните могат също да действат като донори на водород с вода. |
| Соли на карбоксилна киселина или карбоксилатни йони ( –COO– ) | Те са много често срещани групи в сапуни и други амфипатични молекули. Солите напълно се дисоциират в разтвор, произвеждайки нетна отрицателно заредена група и много несподелени двойки (общо 5), за да образуват водородни връзки с водата. |
| Амониеви соли ( –NH3 + , –NRH2 + или –NR2H + ) | Протонирането на амини от киселина произвежда положително заредени амониеви йони, които показват йон-диполни взаимодействия с водните молекули, привличайки кислорода на водата, който има частичен отрицателен заряд. |
| Кватернерни амониеви съединения (–NR 4 + ) | Те са катионни функционални групи, в които азотът е директно свързан с четири алкилови групи, придавайки на азота формален положителен заряд. Подобно на амониеви соли, тези групи се свързват с кислорода във водата чрез йон-диполни взаимодействия. |
| Други киселинни групи и техните спрегнати основи | Много органични молекули могат да бъдат функционализирани чрез свързване към тях на неорганични киселинни групи, които в зависимост от рН могат или не могат да бъдат протонирани или като техните съответни спрегнати бази. Те включват фосфатни (–OPO 3 2- ), сулфатни (–OSO 3 – ) и сулфонатни (–SO 3 – ) групи , за да назовем само няколко. |
| естери | В допълнение към функционалните групи, споменати по-горе, има голямо разнообразие от естери, образувани чрез кондензация между хидроксилната група на алкохол и киселина. Тази киселина може да бъде кратка карбоксилна киселина, но в много случаи те са силни оксакиселини като сярна, азотна и фосфорна киселини. |
В допълнение към функционалните групи, споменати в таблицата по-горе, има много други функционални групи, които са част от полярните глави на различни амфипатични молекули. Това обаче са едни от най-често срещаните. От друга страна, една полярна глава може да има повече от една функционална група като споменатите по-горе, което води до голямо разнообразие от различни полярни глави с различни свойства.
Аполярна опашка, липофилен край или хидрофобен край
Свързани с полярната глава на амфипатична молекула винаги ще намерим една или повече неполярни опашки. Те се наричат опашки, защото винаги са дълги вериги от въглеродни атоми, съдържащи в повечето случаи повече от 10 въглерода, а в много случаи повече от 20.
Въглерод-въглеродните връзки са напълно неполярни, защото са връзки между еднакви атоми. Освен това връзките въглерод-водород също са неполярни, тъй като и двата елемента имат много сходна електроотрицателност. Това прави алкиловите, алкенилните и алкиниловите вериги напълно неполярни. Същото може да се каже за арилови групи (тези с ароматни пръстени) и други циклични въглеводороди .
Защо опашките са дълги?
Причината, поради която опашките трябва да са дълги, за да бъде молекулата амфипатична, е, че ако са твърде къси, дори когато са неполярни, полярността на главата може да преодолее хидрофобността на неполярната верига, което прави молекулата хидрофилна като цяло. Такъв е случаят например с късоверижни алкохоли като метанол, етанол и изомерите на пропанола, които са напълно смесими с вода и неразтворими в масла, въпреки че имат алкилови групи в тяхната структура.
От друга страна, преобладаващите взаимодействия между неполярните молекули са силите на Ван дер Ваалс, като дисперсионните сили на Лондон. В сравнение с взаимодействията на полярните и водородните връзки на полярните и йонните групи, тези сили са много слаби. Те обаче нарастват с контактната площ и следователно с дължината на въглеродната верига.
Въз основа на горното, за молекула, която има полярна глава, за да проявява наблюдавано хидрофобно поведение в същото време и по този начин да се счита за истинска амфипатична молекула, полярната опашка трябва да е достатъчно дълга за взаимодействията на ван дер Ваалс между тези вериги, и между тях и други неполярни вещества е достатъчно силен, за да отблъсне водата.
Примери за амфипатични молекули
Амфипатични молекули в химията
Амфипатичните молекули в химията включват цялото семейство от сапуни и детергентни съединения, повърхностноактивни вещества или повърхностноактивни съединения, независимо дали са неутрални, анионни или катионни. Някои конкретни примери за тези амфипатични молекули са:
- натриев палмитат
- Калиев додецил сулфат
- 1-деканол
- нонадециламониев хлорид
- кокамидопропил бетаин
- Диметилдиоктадециламониев хлорид
- бензалкониев хлорид
Амфипатични молекули в биологията
Голямо разнообразие от съединения и химични вещества с голям биологичен произход са амфипатичните молекули. Може би най-често срещаните са триглицеридите и мастните киселини, които са основните компоненти на клетъчните мембрани и стени, които отделят вътрешността на клетката от околната среда и които изграждат мембраните на различните вътреклетъчни отделения и други органели на клетката. клетки.
От друга страна, много протеини сами по себе си са гигантски амфипатични молекули, чиито аминокиселини притежават хидрофилни и хидрофобни остатъци, които са подредени и ориентирани, за да придадат на протеините тяхната характерна вторична и третична структура. Освен това, хидрофобните опашки и хидрофилните глави също играят важна роля в местоположението и функцията на протеините.
Някои конкретни примери за важни биологични амфипатични молекули са:
- Триглицериди, които са част от мазнините, като триолеин (естер между глицерол и 3 молекули олеинова киселина), трипалмитин (естер между глицерол и 3 молекули палмитинова киселина) и тристеарин (естер между глицерол и 3 молекули стеаринова киселина).
- Моноглицериди като монолаурин и глицерил моностеарат.
Използване и значение на амфипатичните молекули
Винаги се е казвало, че водата е основата на живота, но това не би било възможно без амфипатичните молекули, тъй като клетките не биха могли да се образуват без тях. Това се дължи на естествената тенденция на амфипатичните или амфифилните молекули да образуват липозоми и мицели, както и различни видове мембрани.
Ако се приготви смес от вода, масло и амфипатично съединение, амфипатичните молекули ще бъдат разпределени по границата между водата и маслото. Те ще бъдат подредени по такъв начин, че полярната глава да остане разтворена във водната фаза, докато хидрофобните или липофилните опашки да останат в маслената фаза.
Ако сместа се разклати, за да се разруши тази мембрана, могат да се образуват структури, в които малки маслени капчици са капсулирани от амфипатичните молекули и покрити от полярните глави, които лесно се диспергират във водната матрица. Тези структури се наричат мицели. Това е принципът на действие на сапуните и перилните препарати, тъй като те капсулират и разтварят различните мазнини и други неполярни примеси, които могат да бъдат на повърхността или върху тъканта.
От друга страна, ако добавим амфипатични молекули към чиста вода и разклатим, амфипатичните молекули ще се стремят да образуват двоен слой с неполярните вериги вътре и полярните глави, изложени на водната матрица. Ако се разклати, могат да се образуват структури, в които част от водната матрица е капсулирана от тази двойна мембрана, като по този начин се образува липозома. Тези липозоми са в основата на структурата на клетките.
Препратки
Биология онлайн. (2022 г., 18 март). Амфипатичен – Определение и примери – Биологичен онлайн речник . Статии по биология, уроци и речник онлайн. https://www.biologyonline.com/dictionary/amphipathic
Боливар, Г. (2019 г., 13 юли). Амфипатични молекули: структура, характеристики, примери . доживотен затворник. https://www.lifeder.com/moleculas-anfipaticas/
DBpedia на испански. (nd). Относно: Амфифилна молекула . https://en.dbpedia.org/page/Mol%C3%A9cula_anfif%C3%ADlica
Речник Merriam-Webster.com. (nd). амфипатичен . Merriam-Webster. https://www.merriam-webster.com/dictionary/amphipathic
Трилонет. (nd). липиди Класификация. осапуняеми липиди. Амфипатични липиди . http://www.ehu.eus/biomoleculas/lipidos/lipid34.htm
