MOLEKUL AMPHIPATHIC: STRUKTUR, CIRI, CONTOH - KIMIA - 2024

The molekul amphipathic atau amphiphilic adalah mereka yang dapat merasakan pertalian atau tolakan kepada masa yang sama untuk pelarut yang diberikan. Pelarut dikelaskan secara kimia sebagai polar atau apolar; hidrofilik atau hidrofobik. Oleh itu, molekul jenis ini dapat "menyukai" air, kerana mereka juga dapat "membencinya".

Menurut definisi sebelumnya, hanya ada satu cara untuk mewujudkannya: molekul ini mesti mempunyai kawasan polar dan apolar dalam strukturnya; Sama ada lebih kurang diedarkan secara homogen (seperti yang berlaku pada protein, misalnya), atau disetempat secara heterogen (dalam hal surfaktan)

Bubbles, fenomena fizikal yang disebabkan oleh pengurangan tegangan permukaan produk antara muka udara-cecair tindakan surfaktan, yang merupakan sebatian amfifilik. Sumber: Pexels.

Surfaktan, juga disebut detergen, mungkin merupakan molekul amphipathic yang paling terkenal sejak dahulu lagi. Sejak Man terpikat dengan fisiognomi gelembung yang pelik, yang prihatin dengan penyediaan sabun dan produk pembersih, dia sering kali mengalami fenomena ketegangan permukaan.

Mengamati gelembung sama dengan menyaksikan "perangkap" yang dindingnya, terbentuk oleh penjajaran molekul amphipathic, mengekalkan kandungan gas di udara. Bentuk sfera mereka paling stabil secara matematik dan geometri, kerana ia meminimumkan ketegangan permukaan antara muka udara-air.

Yang mengatakan, dua ciri molekul amphipathic yang lain telah dibincangkan: mereka cenderung untuk bersatu atau berkumpul sendiri, dan beberapa ketegangan permukaan yang lebih rendah dalam cecair (yang boleh melakukannya disebut surfaktan).

Hasil daripada kecenderungan tinggi untuk bergaul, molekul-molekul ini membuka bidang kajian morfologi (dan bahkan seni bina) mengenai nanoagregat mereka dan supramolekul yang menyusunnya; dengan tujuan merancang sebatian yang dapat difungsikan dan berinteraksi dengan cara yang tidak terukur dengan sel dan matriks biokimia mereka.

Struktur

Struktur umum molekul amphipathic. Sumber: Gabriel Bolívar.

Molekul amphiphilic atau amphipathic dikatakan mempunyai wilayah polar dan wilayah apolar. Kawasan apolar biasanya terdiri daripada rantai karbon tepu atau tak jenuh (dengan ikatan dua atau tiga), yang diwakili sebagai "ekor apolar"; disertai dengan "kepala kutub", di mana atom paling elektronegatif berada.

Struktur umum atas menggambarkan komen pada perenggan sebelumnya. Kepala kutub (sfera ungu) boleh menjadi kumpulan berfungsi atau cincin aromatik yang mempunyai momen dipol kekal, dan juga mampu membentuk ikatan hidrogen. Oleh itu, kandungan oksigen dan nitrogen tertinggi mesti berada di sana.

Di kepala kutub ini juga terdapat cas ionik, negatif atau positif (atau keduanya pada masa yang sama). Kawasan ini adalah kawasan yang menunjukkan pertalian tinggi dengan air dan pelarut kutub lain.

Sebaliknya, ekor apolar, memandangkan ikatan CH yang dominan, berinteraksi melalui kekuatan hamburan London. Kawasan ini bertanggungjawab untuk fakta bahawa molekul amphipathic juga menunjukkan pertalian molekul lemak dan apolar di udara (N ₂ , CO ₂ , Ar, dll.).

Dalam beberapa teks kimia model untuk struktur atas dibandingkan dengan bentuk lolipop.

Interaksi antara molekul

Apabila molekul amphipathic bersentuhan dengan pelarut polar, katakanlah air, kawasannya memberikan kesan yang berbeza pada molekul pelarut.

Sebagai permulaan, molekul air berusaha untuk melarutkan atau menghidrat kepala kutub, menjauhkan diri dari ekor apolar. Dalam proses ini gangguan molekul diciptakan.

Sementara itu, molekul air di sekitar ekor apolar cenderung menyusun diri mereka seolah-olah kristal kecil, sehingga memungkinkan untuk meminimumkan tolakan. Dalam proses ini susunan molekul dibuat.

Di antara gangguan dan pesanan, akan datang titik di mana molekul amfathatik akan berinteraksi dengan yang lain, yang akan menghasilkan proses yang jauh lebih stabil.

Pelbagai

Kedua-duanya akan didekati melalui ekor apolar atau kepala kutub mereka, sedemikian rupa sehingga kawasan yang berkaitan berinteraksi terlebih dahulu. Ini sama dengan membayangkan bahawa dua "lolipop ungu" dalam pendekatan gambar atas, menyatukan ekor hitam mereka, atau bergabung dengan dua kepala ungu mereka.

Oleh itu bermulalah fenomena persatuan yang menarik, di mana beberapa molekul ini bergabung secara berturut-turut. Mereka tidak dihubungkan secara sewenang-wenang, tetapi menurut serangkaian parameter struktur, yang akhirnya mengasingkan ekor apolar dalam semacam "inti apolar", sambil memperlihatkan kepala kutub sebagai cangkang kutub.

Dikatakan bahawa miscela sfera telah dilahirkan. Namun, semasa pembentukan miscela terdapat tahap awal yang terdiri dari apa yang dikenali sebagai lipid bilayer. Ini dan lain-lain adalah sebilangan besar struktur makro yang boleh diterima pakai oleh molekul amfifilik.

Ciri-ciri molekul amphipathic

Persatuan

Pelbagai sfera dibentuk oleh molekul amphipathic. Sumber: Gabriel Bolívar.

Sekiranya ekor apolar diambil sebagai unit hitam, dan kepala kutub sebagai unit ungu, maka akan difahami mengapa pada gambar atas kulit miscela berwarna ungu dan intinya berwarna hitam. Inti adalah apolar, dan interaksinya dengan molekul air atau pelarut adalah nol.

Sekiranya, sebaliknya, pelarut atau medium adalah apolar, kepala kutub akan mengalami tolakan, dan akibatnya ia akan berada di tengah misela; iaitu, ia terbalik (A, gambar bawah).

Pelbagai jenis struktur atau morfologi yang berbeza. Sumber: Gabriel Bolívar.

Miscelain terbalik diperhatikan mempunyai cangkang apolar hitam dan inti kutub ungu. Tetapi sebelum misela terbentuk, molekul amfifilik dijumpai secara individu, mengubah susunan molekul pelarut. Dengan peningkatan kepekatan, mereka mula bergabung dalam struktur satu atau dua lapisan (B).

Dari B lamina mula melengkung membentuk D, vesikel. Kemungkinan lain, bergantung pada bentuk ekor apolar sehubungan dengan kepala kutubnya, adalah bahawa mereka bergabung untuk menimbulkan miscella silinder (C).

Nanoagregat dan supramolekul

Oleh itu, terdapat lima struktur utama, yang memperlihatkan ciri asas molekul ini: kecenderungan tinggi mereka untuk bergaul dan berkumpul sendiri menjadi supramolekul, yang bergabung untuk membentuk nanoagregat.

Oleh itu, molekul amfifilik tidak dijumpai sendiri tetapi bersekutu.

Fizikal

Molekul Amphipathic boleh dicas secara neutral atau ion. Mereka yang mempunyai muatan negatif mempunyai atom oksigen dengan muatan formal negatif di kepala kutubnya. Sebilangan atom oksigen ini berasal dari kumpulan berfungsi seperti -COO ^- , -SO ₄ ^- , -SO ₃ ^- atau -PO ₄ ^- .

Mengenai tuduhan positif, mereka biasanya berasal dari amina, RNH ₃ ⁺ .

Kehadiran atau ketiadaan cas ini tidak mengubah fakta bahawa molekul ini secara amnya membentuk pepejal kristal; atau, jika agak ringan, ia dijumpai sebagai minyak.

Contoh

Beberapa contoh molekul amphipathic atau amphiphilic akan dinyatakan di bawah:

-Fofolipid: phosphatidylethanolamine, sphingomyelin, phosphatidylserine, phosphatidylcholine.

-Kolesterol.

-Glucolipid.

-Sodium lauril sulfat.

-Protein (amfifilik, tetapi bukan surfaktan).

Lemak fenolik: cardanol, cardoles dan asid anacardial.

-Cetyltrimethylammonium bromida.

-Asid lemak: palmitic, linoleic, oleic, lauric, stearic.

-Alkohol rantai panjang: 1-dodecanol dan lain-lain.

-Polimer amfilik: seperti resin fenolik etoksilat.

Permohonan

Membran sel

Salah satu akibat yang paling penting dari kemampuan molekul ini untuk bersekutu adalah bahawa mereka membina sejenis dinding: lipid bilayer (B).

Bilayer ini meluas untuk melindungi dan mengatur kemasukan dan keluar sebatian ke dalam sel. Ia dinamik, kerana ekor apolarnya berputar membantu molekul amphipathic bergerak.

Begitu juga, apabila membran ini melekat pada dua hujung, untuk memilikinya secara menegak, ia digunakan untuk mengukur kebolehtelapannya; dan dengan ini, data berharga diperoleh untuk reka bentuk bahan biologi dan membran sintetik dari sintesis molekul amphipatik baru dengan parameter struktur yang berbeza.

Penyebar

Dalam industri minyak, molekul-molekul ini, dan polimer yang disintesis daripadanya, digunakan untuk menyebarkan asfaltenes. Tumpuan aplikasi ini terletak pada hipotesis bahawa asphaltenes terdiri daripada pepejal koloid, dengan kecenderungan tinggi untuk melakukan flokulasi dan mendapan sebagai pepejal hitam-coklat yang menyebabkan masalah ekonomi yang serius.

Molekul amphipathic membantu memastikan asphaltenes tersebar lebih lama dalam menghadapi perubahan fizikokimia dalam minyak.

Pengemulsi

Molekul-molekul ini membantu pencampuran dua cecair yang tidak boleh larut dalam keadaan biasa. Sebagai contoh, dalam ais krim, air dan udara membentuk bahagian pepejal yang sama dengan lemak. Antara pengemulsi yang paling banyak digunakan untuk tujuan ini adalah yang berasal dari asid lemak yang boleh dimakan.

Bahan pencuci

Sifat amfifilik molekul ini digunakan untuk memerangkap lemak atau kotoran apolar, kemudian dihanyutkan pada masa yang sama oleh pelarut polar, seperti air.

Seperti contoh gelembung di mana udara terperangkap, deterjen menangkap lemak di dalam miselnya, yang, dengan cangkang kutub, berinteraksi dengan air dengan berkesan untuk menghilangkan kotoran.

Antioksidan

Kepala kutub sangat penting kerana mereka menentukan pelbagai kegunaan molekul ini di dalam badan.

Sekiranya, misalnya, ada sekumpulan cincin aromatik (termasuk turunan cincin fenolik) dan cincin polar yang mampu meneutralkan radikal bebas, maka akan ada antioksidan amfifilik; dan jika mereka juga tidak mempunyai kesan toksik, maka akan ada antioksidan baru yang tersedia di pasaran.

Rujukan

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Biologi Molekul Sel. Edisi ke-4. New York: Garland Science; Lapisan Lipid. Dipulihkan dari: ncbi.nlm.nih.gov
2. Jianhua Zhang. (2014). Molekul Amphiphilic. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, E. Droli, L. Giorno (ed.), Ensiklopedia Membran, DOI 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1.
3. Kata Joseph. (2019). Definisi Molekul Amphipathic. Kaji. Dipulihkan dari: study.com
4. Lehninger, AL (1975). Biokimia. (Edisi ke-2). Penerbit Bernilai, termasuk
5. Mathews, CK, van Holde, KE dan Ahern, KG (2002). Biokimia. (Edisi ke-3). Pearson Addison Weshley.
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 Mac 2019). Apa itu Surfaktan? Dipulihkan dari: thinkco.com
7. Domenico Lombardo, Mikhail A. Kiselev, Salvatore Magazù, dan Pietro Calandra (2015). Perhimpunan Diri Amphiphiles: Konsep Asas dan Perspektif Masa Depan Pendekatan Supramolekul. Kemajuan dalam Fizik Materi Berkondensasi, vol. 2015, ID Artikel 151683, 22 halaman, 2015. doi.org/10.1155/2015/151683.
8. Anankanbil S., Pérez B., Fernandes I., Magdalena K. Widzisz, Wang Z., Mateus N. & Guo Z. (2018). Kumpulan baru molekul amphiphilic yang mengandung fenolik sintetik untuk aplikasi pelbagai guna: Pencirian fisiko-kimia dan kajian ketoksikan sel. Laporan Ilmiah jilid 8, Nombor artikel: 832.