Apa itu molekul amfipatik?

Tabla de Contenidos

Molekul amphipathic, juga disebut amphiphilic, adalah senyawa kimia yang strukturnya menunjukkan dua daerah dengan polaritas yang berlawanan, salah satunya adalah polar dan karena itu hidrofilik sedangkan yang lainnya adalah nonpolar, menjadikannya hidrofobik atau lipofilik. Ini adalah kelas senyawa kimia yang sangat penting yang dapat berinteraksi secara bersamaan dengan fase berair dan fase organik apolar, yang memfasilitasi pembentukan campuran stabil antara fase-fase ini, seperti suspensi dan koloid. Di sisi lain, mereka juga merupakan jenis senyawa yang memungkinkan keberadaan zat organik apolar dalam media berair menjadi kompatibel, yang penting bagi keberadaan kehidupan, seperti yang kita ketahui.

Etimologi istilah amphipathic

Secara etimologis, istilah amphipathic dibentuk oleh penyatuan dua kata Yunani kuno:

amphis + pathikos

Amphis berarti “keduanya” atau “di kedua sisi” dan pathikos , yang pada gilirannya berasal dari bahasa Yunani kuno pathos , mengacu pada “pengalaman” atau “perasaan”. Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa istilah amfipatik mengacu pada zat kimia yang mengalami interaksi berbeda pada sisi berlawanan dari strukturnya atau yang merasakan tarikan berbeda pada kedua sisi molekul.

Di sisi lain, sinonim umum untuk amphipathic adalah amphiphilic, istilah yang digunakan baik dalam biologi maupun kimia untuk merujuk pada kelas senyawa yang sama. Istilah amphiphilic juga berasal dari dua istilah Yunani:

amphis + philia

Philia adalah istilah Yunani kuno yang berarti cinta, jadi istilah molekul amfifilik mengacu pada molekul yang sekaligus pecinta air (molekul hidrofilik) dan senyawa nonpolar (molekul lipofilik). Molekul lipofilik juga disebut hidrofobik, karena tertarik pada zat nonpolar berarti menolak air.

Struktur molekul amphipathic

Seperti disebutkan di atas, molekul amfipatik memiliki dua sisi dengan karakteristik kutub yang berbeda. Ini karena salah satu ujung molekul bersifat polar, sedangkan ujung lainnya nonpolar.

Bagian polar biasanya hanya membentuk sebagian kecil dari molekul, sedangkan bagian nonpolar biasanya terdiri dari rantai hidrokarbon yang panjang, baik jenuh penuh atau tidak jenuh. Karena perbedaan ukuran dan jumlah atom yang membentuk setiap bagian molekul, bagian polar biasanya disebut kepala, sedangkan bagian nonpolar disebut ekor.

Deskripsi struktural ini memungkinkan kita untuk mendefinisikan molekul amfipatik atau amfifilik sebagai senyawa kimia yang memiliki kepala polar dan ekor nonpolar dalam strukturnya.

Kepala kutub atau ujung hidrofilik

Ujung kutub molekul amfipatik ditandai dengan memiliki gugus fungsi yang sangat polar atau bahkan ionik. Dalam beberapa kasus yang sangat penting dalam biologi, mereka bahkan mungkin memiliki domain zwitterionik, yaitu bagian molekul yang membawa muatan listrik berlawanan, tetapi muatan bersihnya nol.

Karakteristik penting lainnya dari gugus fungsi yang ada di kepala kutub molekul amfipatik atau amfifilik adalah bahwa gugus fungsi tersebut memiliki kemampuan untuk membentuk satu atau lebih ikatan hidrogen dengan molekul air. Yaitu, mereka adalah kelompok yang memiliki atom dengan muatan bersih negatif atau positif, atau kelompok dengan atom yang sangat elektronegatif yang terpolarisasi dan memiliki pasangan elektron bebas yang dapat digunakan bersama dengan molekul air.

Meskipun tidak sepenuhnya diperlukan, gugus fungsi kepala kutub juga biasanya bersifat protik, yaitu memiliki kemampuan untuk bertindak sebagai donor atom hidrogen dalam pembentukan ikatan hidrogen dengan air.

Beberapa contoh gugus fungsi yang biasa ditemukan pada kepala kutub banyak molekul amfipatik adalah:

Kelompok fungsional	Keterangan
Gugus hidroksil (–OH)	Gugus hidroksil yang terdapat pada gugus fungsional alkohol, fenol dan lainnya merupakan gugus polar protik yang memiliki kapasitas untuk membentuk hingga tiga ikatan hidrogen dengan air, dua sebagai akseptor atom hidrogen dan satu sebagai donor.
Gugus karboksil (–COOH)	Mereka sesuai dengan gugus fungsional asam karboksilat, kelas asam organik yang paling umum. Mereka adalah kelompok protik yang sangat polar yang dapat membentuk banyak ikatan hidrogen dengan air.
Gugus amino (–NH ₂ , –NHR atau –NR ₂ )	Amina primer, sekunder, dan tersier semuanya memiliki ikatan polar dan geometri piramidal trigonal yang menjadikannya polar. Dalam semua kasus, nitrogen memiliki pasangan elektron bebas yang dapat digunakan bersama untuk membentuk ikatan hidrogen. Primer dan sekunder juga dapat bertindak sebagai donor hidrogen dengan air.
Garam dari asam karboksilat atau ion karboksilat (–COO ^– )	Mereka adalah kelompok yang sangat umum dalam sabun dan molekul amphipathic lainnya. Garam benar-benar berdisosiasi dalam larutan, menghasilkan gugus bersih bermuatan negatif dan banyak pasangan mandiri (total 5) untuk membentuk ikatan hidrogen dengan air.
Garam amonium (–NH ₃⁺ , –NRH ₂⁺ atau –NR ₂ H ⁺ )	Protonasi amina oleh asam menghasilkan ion amonium bermuatan positif yang menunjukkan interaksi ion-dipol dengan molekul air, menarik oksigen air, yang memiliki muatan parsial negatif.
Amonium kuarter (–NR ₄⁺ )	Mereka adalah gugus fungsi kationik di mana nitrogen terikat langsung pada empat gugus alkil, memberikan nitrogen muatan positif formal. Seperti garam amonium, gugus ini menempel pada oksigen dalam air melalui interaksi ion-dipol.
Gugus asam lainnya dan basa konjugasinya	Banyak molekul organik dapat difungsikan dengan menghubungkannya dengan gugus asam anorganik yang, tergantung pada pH, dapat atau tidak dapat terprotonasi atau sebagai basa konjugatnya. _{Ini termasuk gugus fosfat (–OPO 3}^2- ), sulfat (–OSO ₃^– ), dan sulfonat (–SO 3 _–⁾ , untuk beberapa nama.
ester	Selain gugus fungsi yang disebutkan di atas, ada berbagai macam ester yang dibentuk oleh kondensasi antara gugus hidroksil alkohol dan asam. Asam ini mungkin asam karboksilat pendek, tetapi dalam banyak kasus asam oksalat kuat seperti asam sulfat, nitrat, dan fosfat.

Selain gugus fungsi yang disebutkan dalam tabel di atas, ada banyak gugus fungsi lain yang merupakan bagian dari kepala kutub molekul amfipatik yang berbeda. Namun, ini adalah beberapa yang paling umum. Di sisi lain, kepala kutub dapat memiliki lebih dari satu gugus fungsi seperti yang disebutkan di atas, yang mengarah ke berbagai kepala kutub yang berbeda dengan sifat yang berbeda.

Ekor apolar, ujung lipofilik atau ujung hidrofobik

Terkait dengan kepala kutub molekul amfipatik, kita akan selalu menemukan satu atau lebih ekor nonpolar. Mereka disebut ekor karena selalu merupakan rantai panjang atom karbon, yang dalam banyak kasus mengandung lebih dari 10 karbon, dan dalam banyak kasus lebih dari 20.

Ikatan karbon-karbon sepenuhnya nonpolar karena merupakan ikatan antara atom-atom yang sejenis. Selain itu, ikatan karbon-hidrogen juga nonpolar karena kedua unsur tersebut memiliki keelektronegatifan yang sangat mirip. Ini membuat rantai alkil, alkenil, dan alkinil benar-benar nonpolar. Hal yang sama dapat dikatakan tentang gugus aril (yang memiliki cincin aromatik) dan hidrokarbon siklik lainnya .

Mengapa garisnya panjang?

Alasan mengapa ekor harus panjang agar molekul menjadi amfipatik adalah karena jika terlalu pendek, bahkan ketika nonpolar, polaritas kepala dapat mengalahkan hidrofobisitas rantai nonpolar, membuat molekul hidrofilik secara keseluruhan. . Ini terjadi, misalnya, dengan alkohol rantai pendek seperti metanol, etanol, dan isomer propanol, yang semuanya larut sepenuhnya dengan air dan tidak larut dalam minyak, meskipun memiliki gugus alkil dalam strukturnya.

Di sisi lain, interaksi dominan antara molekul nonpolar adalah gaya Van der Waals seperti gaya dispersi London. Dibandingkan dengan interaksi ikatan polar dan hidrogen dari gugus polar dan ionik, gaya ini sangat lemah. Namun, mereka meningkat dengan area kontak dan, karenanya, dengan panjang rantai karbon.

Berdasarkan hal di atas, agar molekul yang memiliki kepala kutub menunjukkan perilaku hidrofobik yang dapat diamati pada saat yang sama, dan dengan demikian dianggap sebagai molekul amfipatik sejati, ekor kutub harus cukup panjang untuk interaksi van der Waals di antara rantai-rantai ini, dan antara mereka dan zat nonpolar lainnya cukup kuat untuk menolak air.

Contoh molekul amfipatik

Molekul amphipathic dalam kimia

Molekul amfipatik dalam kimia mencakup seluruh keluarga senyawa sabun dan deterjen, surfaktan atau senyawa surfaktan, baik netral, anionik, atau kationik. Beberapa contoh spesifik dari molekul amphipathic ini adalah:

natrium palmitat
Kalium Dodesil Sulfat
1-dekanol
nonadesilammonium klorida
kokamidopropil betain
Dimethyldioctadecylammonium klorida
benzalkonium klorida

Molekul amphipathic dalam biologi

Berbagai macam senyawa dan zat kimia yang berasal dari biologi yang hebat adalah molekul amfipatik. Mungkin yang paling umum adalah trigliserida dan asam lemak, yang merupakan komponen utama membran sel dan dinding yang memisahkan bagian dalam sel dari lingkungan, dan membentuk membran dari berbagai kompartemen intraseluler dan organel sel lainnya. sel.

Di sisi lain, banyak protein itu sendiri merupakan molekul amfipatik raksasa yang asam aminonya memiliki residu hidrofilik dan hidrofobik yang tertata dan berorientasi untuk memberi protein karakteristik struktur sekunder dan tersier. Selanjutnya, ekor hidrofobik dan kepala hidrofilik juga memainkan peran penting dalam lokasi dan fungsi protein.

Beberapa contoh spesifik dari molekul amphipathic biologis yang penting adalah:

Trigliserida yang merupakan bagian dari lemak, seperti triolein (ester antara gliserol dan 3 molekul asam oleat), tripalmitin (ester antara gliserol dan 3 molekul asam palmitat) dan tristearin (ester antara gliserol dan 3 molekul asam stearat).
Monogliserida seperti monolaurin dan gliseril monostearat.

Penggunaan dan pentingnya molekul amphipathic

Selalu dikatakan bahwa air adalah dasar kehidupan, tetapi ini tidak mungkin terjadi tanpa molekul amfipatik, karena sel tidak dapat terbentuk tanpanya. Hal ini disebabkan oleh kecenderungan alami molekul amfipatik atau amfifilik untuk membentuk liposom dan misel, serta berbagai jenis membran.

Jika campuran air, minyak, dan senyawa amfipatik disiapkan, molekul amfipatik akan didistribusikan sepanjang antarmuka antara air dan minyak. Mereka akan cenderung diatur sedemikian rupa sehingga kepala kutub tetap larut dalam fase air, sedangkan ekor hidrofobik atau lipofilik tetap dalam fase berminyak.

Jika campuran dikocok untuk memecahkan membran ini, struktur dapat terbentuk di mana tetesan minyak kecil dikapsulkan oleh molekul amfipatik dan ditutupi oleh kepala kutub yang mudah terdispersi dalam matriks berair. Struktur ini disebut misel. Ini adalah prinsip operasi sabun dan deterjen, karena mereka merangkum dan melarutkan lemak yang berbeda dan pengotor apolar lainnya yang mungkin ada di permukaan atau di kain.

Di sisi lain, jika kita menambahkan molekul amfipatik ke air murni dan mengocoknya, molekul amfipatik akan cenderung membentuk lapisan ganda dengan rantai nonpolar di dalamnya dan kepala kutub terpapar ke matriks berair. Jika dikocok, dapat terbentuk struktur di mana sebagian matriks berair dikapsulkan oleh membran ganda ini, sehingga membentuk liposom. Liposom ini adalah dasar dari struktur sel.

Referensi

Biologi Daring. (2022, 18 Maret). Amphipathic – Definisi dan Contoh – Biology Online Dictionary . Artikel Biologi, Tutorial & Kamus Online. https://www.biologyonline.com/dictionary/amphipathic

Bolivar, G. (2019, 13 Juli). Molekul Amfipatik: Struktur, Ciri-ciri, Contoh . hidup. https://www.lifeder.com/moleculas-anfipaticas/

DBpedia dalam bahasa Spanyol. (td). Tentang: Molekul Amphiphilic . https://es.dbpedia.org/page/Mol%C3%A9cula_anfif%C3%ADlica

Kamus Merriam-Webster.com. (td). amfipatik . Merriam-Webster. https://www.merriam-webster.com/dictionary/amphipathic

Trilonet. (td). lemak Klasifikasi. lipid yang dapat disabunkan. Lipid amfipatik . http://www.ehu.eus/biomoleculas/lipidos/lipid34.htm

-Iklan-