Τι είναι τα αμφιπαθή μόρια;

Tabla de Contenidos

Ένα αμφιπαθές μόριο, που ονομάζεται επίσης αμφίφιλο, είναι μια χημική ένωση της οποίας η δομή δείχνει δύο περιοχές αντίθετων πολικότητας, η μία από τις οποίες είναι πολική και επομένως υδρόφιλη ενώ η άλλη είναι μη πολική, καθιστώντας την υδρόφοβη ή λιπόφιλη. Αυτή είναι μια πολύ σημαντική κατηγορία χημικών ενώσεων που μπορούν να αλληλεπιδράσουν ταυτόχρονα με μια υδατική φάση και μια πολική οργανική φάση, η οποία διευκολύνει το σχηματισμό σταθερών μιγμάτων μεταξύ αυτών των φάσεων, όπως εναιωρήματα και κολλοειδή. Από την άλλη πλευρά, είναι επίσης ένας τύπος ένωσης που καθιστά δυνατό να καταστήσει συμβατή την παρουσία άπολων οργανικών ουσιών σε υδατικά μέσα, κάτι που είναι απαραίτητο για την ύπαρξη ζωής, όπως τη γνωρίζουμε.

Ετυμολογία του όρου αμφιπαθής

Ετυμολογικά, ο όρος αμφιπαθής σχηματίζεται από την ένωση δύο αρχαιοελληνικών λέξεων:

άμφις + παθικός

Amphis σημαίνει «και οι δύο» ή «και στις δύο πλευρές» και παθικός , που με τη σειρά του προέρχεται από το αρχαίο ελληνικό πάθος , αναφέρεται σε «εμπειρία» ή «αίσθημα». Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να πούμε ότι ο όρος αμφιπαθής αναφέρεται σε μια χημική ουσία που βιώνει διαφορετικές αλληλεπιδράσεις στις αντίθετες πλευρές της δομής της ή που αισθάνεται διαφορετικές έλξεις και στις δύο πλευρές του μορίου.

Από την άλλη πλευρά, ένα κοινό συνώνυμο του αμφιπαθούς είναι το αμφιφιλικό, ένας όρος που χρησιμοποιείται τόσο στη βιολογία όσο και στη χημεία για να αναφέρεται στην ίδια κατηγορία ενώσεων. Ο όρος αμφίφιλος προέρχεται επίσης από δύο ελληνικούς όρους:

άμφις + φιλία

Η Φιλία είναι ένας αρχαιοελληνικός όρος που σημαίνει αγάπη, επομένως ο όρος αμφίφιλο μόριο αναφέρεται σε ένα μόριο που είναι ταυτόχρονα λάτρης τόσο του νερού (υδρόφιλο μόριο) όσο και των μη πολικών ενώσεων (λιπόφιλο μόριο). Τα λιπόφιλα μόρια ονομάζονται επίσης υδρόφοβα, καθώς η έλξη από μια μη πολική ουσία συνεπάγεται απαραίτητα την απώθηση του νερού.

Δομή αμφιπαθών μορίων

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένα αμφιπαθές μόριο έχει δύο πλευρές με διαφορετικά πολικά χαρακτηριστικά. Αυτό συμβαίνει επειδή το ένα άκρο του μορίου είναι πολικό, ενώ το άλλο άκρο είναι μη πολικό.

Το πολικό μέρος συνήθως αποτελεί μόνο ένα μικρό μέρος του μορίου, ενώ το μη πολικό μέρος συνήθως αποτελείται από μια μακριά αλυσίδα υδρογονάνθρακα, είτε πλήρως κορεσμένη είτε με κάποιο ακόρεστο. Λόγω αυτής της διαφοράς στα μεγέθη και στον αριθμό των ατόμων που αποτελούν κάθε μέρος του μορίου, το πολικό μέρος ονομάζεται συνήθως κεφαλή, ενώ το μη πολικό τμήμα ονομάζεται ουρά.

Αυτή η δομική περιγραφή μας επιτρέπει να ορίσουμε τα αμφιπαθή ή αμφίφιλα μόρια ως εκείνες τις χημικές ενώσεις που έχουν μια πολική κεφαλή και μια μη πολική ουρά στη δομή τους.

Η πολική κεφαλή ή υδρόφιλη άκρη

Το πολικό άκρο των αμφιπαθών μορίων χαρακτηρίζεται από το ότι έχει εξαιρετικά πολικές ή ακόμα και ιοντικές λειτουργικές ομάδες. Σε ορισμένες ιδιαίτερα σημαντικές περιπτώσεις στη βιολογία, μπορεί ακόμη και να διαθέτουν αμφιτεριονικές περιοχές, δηλαδή μέρη του μορίου που φέρουν αντίθετα ηλεκτρικά φορτία, αλλά των οποίων το καθαρό φορτίο είναι μηδέν.

Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό των λειτουργικών ομάδων που υπάρχουν στην πολική κεφαλή των αμφιπαθών ή αμφίφιλων μορίων είναι ότι έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν έναν ή περισσότερους δεσμούς υδρογόνου με μόρια νερού. Δηλαδή, είναι ομάδες που έχουν είτε άτομα με καθαρό αρνητικό ή θετικό φορτίο, είτε ομάδες με άκρως ηλεκτραρνητικά άτομα που είναι πολωμένα και έχουν ελεύθερα ζεύγη ηλεκτρονίων που μπορούν να μοιραστούν με το μόριο του νερού.

Αν και δεν είναι απολύτως απαραίτητο, οι λειτουργικές ομάδες των πολικών κεφαλών είναι επίσης συνήθως πρωτικές, έχουν δηλαδή την ικανότητα να δρουν ως δότες του ατόμου υδρογόνου στο σχηματισμό του δεσμού υδρογόνου με το νερό.

Μερικά παραδείγματα λειτουργικών ομάδων που βρίσκονται συνήθως στις πολικές κεφαλές πολλών αμφιπαθικών μορίων είναι:

Λειτουργική ομάδα	Περιγραφή
Ομάδες υδροξυλίου (–ΟΗ)	Οι ομάδες υδροξυλίου που υπάρχουν στις λειτουργικές ομάδες των αλκοολών, των φαινολών και άλλων είναι πρωτικές πολικές ομάδες που έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν έως και τρεις δεσμούς υδρογόνου με το νερό, δύο ως δέκτης του ατόμου υδρογόνου και έναν ως δότη.
Καρβοξυλική ομάδα (–COOH)	Αντιστοιχούν στη λειτουργική ομάδα των καρβοξυλικών οξέων, της πιο κοινής κατηγορίας οργανικών οξέων. Είναι εξαιρετικά πολικές πρωτικές ομάδες που μπορούν να σχηματίσουν πολλαπλούς δεσμούς υδρογόνου με το νερό.
Αμινοομάδες (–NH2 _, –NHR ή _–NR2 )	Οι πρωτογενείς, οι δευτεροταγείς και οι τριτοταγείς αμίνες έχουν όλες πολικούς δεσμούς και μια τριγωνική πυραμιδική γεωμετρία που τις καθιστά πολικές. Σε όλες τις περιπτώσεις, το άζωτο διαθέτει ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων που μπορεί να μοιραστεί για να σχηματίσει δεσμούς υδρογόνου. Τα πρωτεύοντα και τα δευτερεύοντα μπορούν επίσης να λειτουργήσουν ως δότες υδρογόνου με νερό.
Άλατα καρβοξυλικού οξέος ή καρβοξυλικών ιόντων (–COO ^– )	Είναι πολύ κοινές ομάδες σε σαπούνια και άλλα αμφιπαθή μόρια. Τα άλατα διασπώνται πλήρως στο διάλυμα, παράγοντας μια καθαρή αρνητικά φορτισμένη ομάδα και πολλά μεμονωμένα ζεύγη (5 συνολικά) για να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου με το νερό.
Άλατα αμμωνίου (–NH ₃⁺ , –NRH ₂⁺ ή –NR ₂ H ⁺ )	Η πρωτονίωση των αμινών από ένα οξύ παράγει θετικά φορτισμένα ιόντα αμμωνίου που εμφανίζουν αλληλεπιδράσεις ιόντων-διπόλου με μόρια νερού, προσελκύοντας τα οξυγόνα του νερού, τα οποία έχουν μερικό αρνητικό φορτίο.
Τεταρτοταγή αμμώνια (–NR ₄⁺ )	Είναι κατιονικές λειτουργικές ομάδες στις οποίες το άζωτο συνδέεται άμεσα με τέσσερις αλκυλομάδες, δίνοντας στο άζωτο ένα τυπικό θετικό φορτίο. Όπως τα άλατα αμμωνίου, αυτές οι ομάδες συνδέονται με το οξυγόνο στο νερό μέσω αλληλεπιδράσεων ιόντων-διπόλων.
Άλλες ομάδες οξέος και οι συζευγμένες βάσεις τους	Πολλά οργανικά μόρια μπορούν να λειτουργήσουν συνδέοντας σε αυτά ομάδες ανόργανων οξέων που, ανάλογα με το pH, μπορεί ή όχι να πρωτονιωθούν ή ως αντίστοιχες συζυγείς βάσεις τους. _{Αυτές περιλαμβάνουν φωσφορικές (–OPO 3}^2- ), θειικές (–OSO ₃^– ) και σουλφονικές (–SO ₃^– ) ομάδες , για να αναφέρουμε μερικές.
εστέρες	Εκτός από τις λειτουργικές ομάδες που αναφέρθηκαν παραπάνω, υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία εστέρων που σχηματίζονται από συμπύκνωση μεταξύ της υδροξυλομάδας μιας αλκοόλης και ενός οξέος. Αυτό το οξύ μπορεί να είναι ένα βραχύ καρβοξυλικό οξύ, αλλά σε πολλές περιπτώσεις είναι ισχυρά οξέα όπως το θειικό, το νιτρικό και το φωσφορικό οξύ.

Εκτός από τις λειτουργικές ομάδες που αναφέρονται στον παραπάνω πίνακα, υπάρχουν πολλές άλλες λειτουργικές ομάδες που αποτελούν μέρος των πολικών κεφαλών διαφορετικών αμφιπαθικών μορίων. Ωστόσο, αυτά είναι μερικά από τα πιο κοινά. Από την άλλη πλευρά, μια πολική κεφαλή μπορεί να έχει περισσότερες από μία λειτουργικές ομάδες όπως αυτές που αναφέρθηκαν παραπάνω, οδηγώντας σε μια μεγάλη ποικιλία διαφορετικών πολικών κεφαλών με διαφορετικές ιδιότητες.

Η άπολική ουρά, λιπόφιλο άκρο ή υδρόφοβο άκρο

Συνδεδεμένες με την πολική κεφαλή ενός αμφιπαθούς μορίου θα βρίσκουμε πάντα μία ή περισσότερες μη πολικές ουρές. Ονομάζονται ουρές επειδή είναι πάντα μακριές αλυσίδες ατόμων άνθρακα, που περιέχουν στις περισσότερες περιπτώσεις περισσότερους από 10 άνθρακες και σε πολλές περιπτώσεις περισσότερους από 20.

Οι δεσμοί άνθρακα-άνθρακα είναι εντελώς μη πολικοί επειδή είναι δεσμοί μεταξύ όμοιων ατόμων. Επιπλέον, οι δεσμοί άνθρακα-υδρογόνου είναι επίσης μη πολικοί επειδή και τα δύο στοιχεία έχουν πολύ παρόμοιες ηλεκτραρνητικότητες. Αυτό καθιστά τις αλκυλ, αλκενυλ και αλκυνυλ αλυσίδες εντελώς μη πολικές. Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για ομάδες αρυλίου (αυτές με αρωματικούς δακτυλίους) και άλλους κυκλικούς υδρογονάνθρακες .

Γιατί οι ουρές είναι μεγάλες;

Ο λόγος για τον οποίο οι ουρές πρέπει να είναι μακριές για να είναι το μόριο αμφιπαθές είναι ότι αν είναι πολύ κοντές, ακόμα και όταν είναι μη πολικές, η πολικότητα της κεφαλής μπορεί να υπερκαλύψει την υδροφοβικότητα της μη πολικής αλυσίδας, καθιστώντας το μόριο υδρόφιλο στο σύνολό του. Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, με αλκοόλες μικρής αλυσίδας όπως η μεθανόλη, η αιθανόλη και τα ισομερή της προπανόλης, τα οποία είναι όλα πλήρως αναμίξιμα με το νερό και αδιάλυτα σε έλαια, παρόλο που έχουν αλκυλομάδες στη δομή τους.

Από την άλλη πλευρά, οι κυρίαρχες αλληλεπιδράσεις μεταξύ μη πολικών μορίων είναι δυνάμεις Van der Waals όπως οι δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου. Σε σύγκριση με τις αλληλεπιδράσεις πολικών και ιοντικών δεσμών υδρογόνου, αυτές οι δυνάμεις είναι πολύ αδύναμες. Ωστόσο, αυξάνονται με την περιοχή επαφής και, επομένως, με το μήκος της ανθρακικής αλυσίδας.

Με βάση τα παραπάνω, για να μπορεί ένα μόριο που έχει πολική κεφαλή να παρουσιάζει παρατηρήσιμη υδρόφοβη συμπεριφορά ταυτόχρονα, και επομένως να θεωρείται πραγματικό αμφιπαθητικό μόριο, η πολική ουρά πρέπει να είναι αρκετά μακριά για τις αλληλεπιδράσεις του van der Waals μεταξύ αυτών των αλυσίδων. και μεταξύ αυτών και άλλων μη πολικών ουσιών είναι αρκετά ισχυρή ώστε να απωθεί το νερό.

Παραδείγματα αμφιπαθικών μορίων

Αμφιπαθή μόρια στη χημεία

Τα αμφιπαθή μόρια στη χημεία περιλαμβάνουν ολόκληρη την οικογένεια ενώσεων σαπουνιού και απορρυπαντικών, επιφανειοδραστικών ή επιφανειοδραστικών ενώσεων, είτε είναι ουδέτερες, ανιονικές ή κατιονικές. Μερικά συγκεκριμένα παραδείγματα αυτών των αμφιπαθητικών μορίων είναι:

παλμιτικό νάτριο
Δωδεκυλοθειικό Κάλιο
1-δεκανόλη
χλωριούχο εννεακυλαμμώνιο
κοκαμιδοπροπυλ βηταΐνη
Χλωριούχο διμεθυλδιοκταδεκυλαμμώνιο
χλωριούχο βενζαλκόνιο

Αμφιπαθητικά μόρια στη βιολογία

Μια μεγάλη ποικιλία ενώσεων και χημικών ουσιών μεγάλης βιολογικής προέλευσης είναι αμφιπαθή μόρια. Ίσως τα πιο κοινά είναι τα τριγλυκερίδια και τα λιπαρά οξέα, τα οποία είναι τα κύρια συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών και των τοιχωμάτων που διαχωρίζουν το εσωτερικό του κυττάρου από το περιβάλλον και που αποτελούν τις μεμβράνες των διαφορετικών ενδοκυτταρικών διαμερισμάτων και άλλων οργανιδίων του κυττάρου. κύτταρα.

Από την άλλη πλευρά, πολλές πρωτεΐνες είναι οι ίδιες γιγαντιαία αμφιπαθή μόρια των οποίων τα αμινοξέα διαθέτουν υδρόφιλα και υδρόφοβα υπολείμματα που είναι διατεταγμένα και προσανατολισμένα ώστε να δίνουν στις πρωτεΐνες τη χαρακτηριστική δευτερογενή και τριτοταγή δομή τους. Επιπλέον, οι υδρόφοβες ουρές και τα υδρόφιλα κεφάλια παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στη θέση και τη λειτουργία των πρωτεϊνών.

Μερικά συγκεκριμένα παραδείγματα σημαντικών βιολογικών αμφιπαθών μορίων είναι:

Τριγλυκερίδια που αποτελούν μέρος των λιπών, όπως η τριλεΐνη (εστέρας μεταξύ γλυκερόλης και 3 μόρια ελαϊκού οξέος), η τριπαλμιτίνη (εστέρας μεταξύ γλυκερόλης και 3 μόρια παλμιτικού οξέος) και η τριστεαρίνη (εστέρας μεταξύ γλυκερίνης και 3 μορίων στεατικού οξέος).
Μονογλυκερίδια όπως μονολαυρίνη και μονοστεατικό γλυκερύλιο.

Χρήσεις και σημασία των αμφιπαθών μορίων

Πάντα έλεγαν ότι το νερό είναι η βάση της ζωής, αλλά αυτό δεν θα ήταν δυνατό χωρίς αμφιπαθή μόρια, αφού τα κύτταρα δεν θα μπορούσαν να σχηματιστούν χωρίς αυτά. Αυτό οφείλεται στη φυσική τάση των αμφιπαθών ή αμφίφιλων μορίων να σχηματίζουν λιποσώματα και μικκύλια, καθώς και διαφορετικούς τύπους μεμβρανών.

Εάν παρασκευαστεί ένα μείγμα νερού, λαδιού και αμφιπαθούς ένωσης, τα αμφιπαθή μόρια θα κατανεμηθούν κατά μήκος της διαχωριστικής επιφάνειας μεταξύ του νερού και του ελαίου. Θα τείνουν να είναι διατεταγμένα με τέτοιο τρόπο ώστε η πολική κεφαλή να παραμένει διαλυμένη στην υδατική φάση, ενώ οι υδρόφοβες ή λιπόφιλες ουρές να παραμένουν στην ελαιώδη φάση.

Εάν το μείγμα ανακινηθεί για να σπάσει αυτή η μεμβράνη, μπορούν να σχηματιστούν δομές στις οποίες μικρές σταγόνες ελαίου εγκλωβίζονται από τα αμφιπαθή μόρια και καλύπτονται από τις πολικές κεφαλές που διασκορπίζονται εύκολα στην υδατική μήτρα. Αυτές οι δομές ονομάζονται μικκύλια. Αυτή είναι η αρχή της λειτουργίας των σαπουνιών και των απορρυπαντικών, αφού ενθυλακώνουν και διαλύουν τα διάφορα λίπη και άλλες απολικές ακαθαρσίες που μπορεί να υπάρχουν σε μια επιφάνεια ή σε ένα ύφασμα.

Από την άλλη πλευρά, εάν προσθέσουμε αμφιπαθή μόρια σε καθαρό νερό και ανακινήσουμε, τα αμφιπαθή μόρια θα τείνουν να σχηματίσουν ένα διπλό στρώμα με τις μη πολικές αλυσίδες μέσα και τις πολικές κεφαλές εκτεθειμένες στην υδατική μήτρα. Εάν αναταράσσεται, μπορούν να σχηματιστούν δομές στις οποίες ένα μέρος της υδατικής μήτρας ενθυλακώνεται από αυτή τη διπλή μεμβράνη, σχηματίζοντας έτσι ένα λιπόσωμα. Αυτά τα λιποσώματα αποτελούν τη βάση της δομής των κυττάρων.

βιβλιογραφικές αναφορές

Βιολογία σε απευθείας σύνδεση. (2022, 18 Μαρτίου). Amphipathic – Ορισμός και παραδείγματα – Biology Online Dictionary . Άρθρα βιολογίας, σεμινάρια και λεξικό σε απευθείας σύνδεση. https://www.biologyonline.com/dictionary/amphipathic

Bolívar, G. (2019, 13 Ιουλίου). Αμφιπαθή Μόρια: Δομή, Χαρακτηριστικά, Παραδείγματα . κατάδικος διά βίου. https://www.lifeder.com/moleculas-anfipaticas/

DBpedia στα Ισπανικά. (ν). Σχετικά με: Αμφιφιλικό Μόριο . https://en.dbpedia.org/page/Mol%C3%A9cula_anfif%C3%ADlica

Λεξικό Merriam-Webster.com. (ν). αμφιπαθητικός . Merriam-Webster. https://www.merriam-webster.com/dictionary/amphipathic

Trilonet. (ν). λιπίδια Ταξινόμηση. σαπωνοποιήσιμα λιπίδια. Αμφιπαθή λιπίδια . http://www.ehu.eus/biomoleculas/lipidos/lipid34.htm

-Διαφήμιση-