Cząsteczki amfipatyczne są chemiczne związki które mają oba polarny i niepolarny regiony, nadając im zarówno właściwości hydrofilowe (kochające wodę), jak i lipofilowe (kochające tłuszcz). Cząsteczki amfipatyczne są również znane jako cząsteczki amfifilowe lub amfifile. Słowo amfifil pochodzi od greckich słów amphis, co oznacza „oba” i philia, co oznacza „miłość”. Cząsteczki amfipatyczne są ważne w chemii i biologii. Przykłady cząsteczek amfipatycznych obejmują cholesterol, detergenty i fosfolipidy.
Kluczowe rzeczy na wynos: cząsteczki amfipatyczne
- Cząsteczki amfipatyczne lub amfifilowe mają części polarne i niepolarne, co czyni je zarówno hydrofilowymi, jak i lipofilowymi.
- Przykłady cząsteczek amfipatycznych obejmują środki powierzchniowo czynne, fosfolipidy i kwasy żółciowe.
- Komórka wykorzystuje amfipatyczne cząsteczki do budowy błon biologicznych oraz jako środki przeciwbakteryjne i przeciwgrzybicze. Cząsteczki amfipatyczne znajdują zastosowanie komercyjne jako środki czyszczące.
Struktura i właściwości
Cząsteczka amfipatyczna ma co najmniej jedną część hydrofilową i co najmniej jedną sekcję lipofilową. Jednak amfifil może mieć kilka części hydrofilowych i lipofilowych.
Część lipofilowa jest zwykle ugrupowaniem węglowodorowym, składającym się z atomów węgla i wodoru. Porcje lipofilowe są hydrofobowy i niepolarne.
Grupa hydrofilowa może być naładowana lub nienaładowana. Grupy naładowane mogą być kationowe (dodatnio naładowane), takie jak grupa amonowa (RNH3+). Inne naładowane grupy są anionowe, takie jak karboksylany (RCO2−), fosforany (RPO42-), siarczany (RSO4−) i sulfoniany (RSO3−). Przykłady polarnych, nienaładowanych grup obejmują alkohole.
Amfipaty mogą częściowo rozpuszczać się zarówno w wodzie, jak i w rozpuszczalnikach niepolarnych. Po umieszczeniu w mieszaninie zawierającej wodę i rozpuszczalniki organiczne cząsteczki amfipatyczne dzielą dwie fazy. Znanym przykładem jest sposób, w jaki płynny detergent do zmywania naczyń izoluje oleje z tłustych naczyń.
W roztworach wodnych cząsteczki amfipatyczne spontanicznie łączą się w micele. Micela ma niższą swobodną energię niż swobodnie pływające amfory. Część polarna amfipaty (część hydrofilowa) tworzy zewnętrzną powierzchnię miceli i jest wystawiona na działanie wody. Lipofilowa część cząsteczki (która jest hydrofobowa) jest chroniona przed wodą. Każdy oleje w mieszaninie są izolowane we wnętrzu miceli. Wiązania wodorowe stabilizują łańcuchy węglowodorowe w miceli. Energia jest potrzebna do rozbicia miceli.
Amfipaty mogą również tworzyć liposomy. Liposomy składają się z zamkniętej dwuwarstwy lipidowej, która tworzy kulę. Zewnętrzna, polarna część dwuwarstwy jest skierowana w stronę wodnego roztworu, a hydrofobowe ogony skierowane są do siebie.
Przykłady
Detergenty i mydła są znanymi przykładami cząsteczek amfipatycznych, ale wiele cząsteczek biochemicznych jest także amfipatami. Przykłady obejmują fosfolipidy, które stanowią podstawę błon komórkowych. Cholesterol, glikolipidy i kwasy tłuszczowe są amfifatami, które również włączają się do błon komórkowych. Kwasy żółciowe są sterydowymi amfipatami stosowanymi do trawienia tłuszczów dietetycznych.
Istnieją również kategorie amfipatów. Amfipole są amfifilowe polimery które utrzymują rozpuszczalność białka błonowego w wodzie bez potrzeby stosowania detergentów. Zastosowanie amfipoli umożliwia badanie tych białek bez ich denaturacji. Cząsteczki bolaamphipatyczne to te, które mają grupy hydrofilowe na obu końcach cząsteczki w kształcie elipsoidy. W porównaniu do amfipatów z pojedynczą polarną „głową”, bolaamphipaty są bardziej rozpuszczalne w wodzie. Tłuszcze i oleje są klasą amfipatów. Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych, ale nie w wodzie. Węglowodorowe środki powierzchniowo czynne stosowane do czyszczenia są amfipatami. Przykłady obejmują dodecylosiarczan sodu, 1-oktanol, kokamidopropylobetainę i chlorek benzalkoniowy.
Funkcje
Cząsteczki amfipatyczne pełnią kilka ważnych ról biologicznych. Są głównym składnikiem dwuwarstw lipidowych, które tworzą błony. Czasami zachodzi potrzeba zmiany lub przerwania membrany. Tutaj komórka wykorzystuje związki amfipatyczne zwane pepducynami, które wpychają ich region hydrofobowy do błony i wystawiają hydrofilowe ogony węglowodorów na środowisko wodne. Ciało wykorzystuje amfipatyczne cząsteczki do trawienia. Amfipaty są również ważne w odpowiedzi immunologicznej. Amfipatyczne peptydy przeciwdrobnoustrojowe mają właściwości przeciwgrzybicze i przeciwbakteryjne.
Najpopularniejszym komercyjnym zastosowaniem amfipatów jest czyszczenie. Zarówno mydła, jak i detergenty izolują tłuszcze z wody, ale dostosowanie detergentów za pomocą kationowych, anionowych lub nienaładowanych grup hydrofobowych rozszerza zakres warunków, w których działają. Liposomy można stosować do dostarczania składników odżywczych lub leków. Amfipaty są również stosowane do wytwarzania środków znieczulających miejscowo, środków pieniących i środków powierzchniowo czynnych.
Źródła
- Fuhrhop, J-H; Wang, T. (2004). „Bolaamphiphile”. Chem. Obrót silnika. 104(6), 2901-2937.
- Nagle, J.F.; Tristram-Nagle, S. (Listopad 2000). „Struktura dwuwarstw lipidowych”. Biochim. Biofizy. Acta. 1469 (3): 159–95. doi: 10.1016 / S0304-4157 (00) 00016-2
- Parker, J.; Madigan, M.T.; Brock, T.D.; Martinko, J.M. (2003). Brock Biology of Microorganisms (Wydanie 10). Englewood Cliffs, N.J: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-049147-3.
- Qiu, Feng; Tang, Chengkang; Chen, Yongzhu (2017). „Agregacja przypominająca amyloid designerskich peptydów bolaamfifilowych: efekt sekcji hydrofobowej i głów hydrofilowych”. Journal of Peptide Science. Wiley. doi: 10.1002 / psc.3062
- Wang, Chien-Kuo; Shih, Ling-Yi; Chang, Kuan Y. (22 listopada 2017 r.). „Analiza na dużą skalę działań przeciwdrobnoustrojowych w odniesieniu do amfipatyczności i ładunku ujawnia nową charakterystykę peptydów przeciwdrobnoustrojowych”. Molekuły 2017, 22(11), 2037. doi: 10,3390 / molekuły 22112037