Что такое амфипатические молекулы? Определение, свойства и функции

Амфипатические молекулы – это химические соединения, которые имеют как полярные, так и неполярные области, придающие им как гидрофильные (водолюбивые), так и липофильные (жиролюбивые) свойства. Амфифильные молекулы также известны как амфифильные молекулы или амфифилы. Слово amphiphile происходит от греческих слов amphis , что означает «оба», и philia , что означает «любовь. . ” Амфипатические молекулы важны в химии и биологии. Примеры амфипатических молекул включают холестерин, детергенты и фосфолипиды.

Ключевые выводы: амфипатические молекулы

  • Амфипатические или амфифильные молекулы имеют полярные и неполярные части, что делает их как гидрофильными, так и липофильными.
  • Примеры амфипатических молекул включают поверхностно-активные вещества, фосфолипиды и желчные кислоты.
  • Клетка использует амфипатические молекулы для создания биологических мембран, а также в качестве антибактериальных и противогрибковых агентов. Амфипатические молекулы находят коммерческое применение в качестве чистящих средств.

Структура и свойства

Амфипатические молекулы имеют по крайней мере одну гидрофильную часть и по крайней мере одну липофильную часть. Однако амфифил может иметь несколько гидрофильных и липофильных частей.

Липофильная часть обычно представляет собой углеводородный фрагмент, состоящий из атомов углерода и водорода. Липофильные части являются гидрофобными и неполярными.

Гидрофильная группа может быть заряженной или незаряженной. Заряженные группы могут быть катионными (положительно заряженными), такими как группа аммония (RNH 3 + ). Другие заряженные группы являются анионными, например карбоксилаты (RCO 2 ), фосфаты (RPO 4 2- ), сульфаты (RSO 4 ) и сульфонаты (RSO 3 ). Примеры полярных незаряженных групп включают спирты.

Амфипаты могут частично растворяться как в воде, так и в неполярных растворителях. При помещении в смесь, содержащую воду и органические растворители, амфипатические молекулы разделяют две фазы. Известен пример того, как жидкое средство для мытья посуды выделяет масла из жирной посуды.

В водных растворах амфипатические молекулы спонтанно собираются в мицеллы. У мицеллы более низкая свободная энергия, чем у свободно плавающих амфипатов. Полярная часть амфипата (гидрофильная часть) образует внешнюю поверхность мицеллы и подвергается воздействию воды. Липофильная часть молекулы (которая является гидрофобной) защищена от воды. Любые масла в смеси изолируются внутри мицеллы. Водородные связи стабилизируют углеводородные цепи внутри мицеллы. Для разрушения мицеллы требуется энергия.

Амфипаты также могут образовывать липосомы.. Липосомы состоят из замкнутого липидного бислоя, образующего сферу. Внешняя полярная часть бислоя обращена к водному раствору и окружает его, в то время как гидрофобные хвосты обращены друг к другу.

Примеры

Моющие средства и мыло являются знакомыми примерами амфипатических молекул, но многие биохимические молекулы также являются амфипатами. Примеры включают фосфолипиды, которые составляют основу клеточных мембран. Холестерин, гликолипиды и жирные кислоты – это амфипаты, которые также проникают в клеточные мембраны. Желчные кислоты – это стероидные амфипаты, используемые для переваривания пищевых жиров.

Существуют также категории амфипатов. Амфиполы – это амфифильные полимеры, которые поддерживают растворимость мембранных белков в воде без необходимости использования детергентов. Использование амфиполов позволяет изучать эти белки без их денатурации. Болаамфипатические молекулы – это молекулы, которые имеют гидрофильные группы на обоих концах молекулы эллипсоидной формы. По сравнению с амфипатами с однополярной «головкой» болаамфипаты более растворимы в воде. Жиры и масла – это класс амфипатов. Они растворяются в органических растворителях, но не в воде. Углеводородные поверхностно-активные вещества, используемые для очистки, представляют собой амфипаты. Примеры включают додецилсульфат натрия, 1-октанол, кокамидопропилбетаин и хлорид бензалкония.

Функции

Амфипатические молекулы служат нескольким важным биологические роли. Они являются основным компонентом липидных бислоев, образующих мембраны. Иногда возникает необходимость изменить или разрушить мембрану. Здесь клетка использует амфипатические соединения, называемые пепдуцинами, которые проталкивают свою гидрофобную область в мембрану и подвергают гидрофильные углеводородные хвосты воздействию водной среды. Организм использует амфипатические молекулы для пищеварения. Амфипаты также важны для иммунного ответа. Амфипатические противомикробные пептиды обладают противогрибковыми и антибактериальными свойствами.

Амфипатры чаще всего используются в коммерческих целях для очистки. И мыло, и моющие средства изолируют жиры от воды, но добавление в моющие средства катионных, анионных или незаряженных гидрофобных групп расширяет диапазон условий, в которых они функционируют. Липосомы могут использоваться для доставки питательных веществ или лекарств. Амфипаты также используются для изготовления местных анестетиков, пенообразователей и поверхностно-активных веществ.

Источники

  • Fuhrhop, JH; Ван, Т. (2004). “Bolaamphiphile”. Chem. Ред. . 104 (6), 2901-2937.
  • Nagle, J.F .; Тристрам-Нэгл, С. (ноябрь 2000 г.). «Строение липидных бислоев». Биохим. Биофиз. Acta . 1469 (3): 159–95. DOI: 10.1016/S0304-4157 (00) 00016-2
  • Parker, J .; Madigan, M.T .; Brock, T.D .; Мартинко, Дж. М. (2003). Биология микроорганизмов Брока (10-е изд.). Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-049147-3.
  • Цю, Фэн; Тан, Чэнкан; Чен, Юнчжу (2017). «Амилоидоподобная агрегация дизайнерских болаамфифильных пептидов: эффект гидрофобной секции и гидрофильных головок». Журнал пептидной науки . Вайли. doi: 10.1002/psc.3062
  • Ван, Цзянь-Куо; Ши, Лин-И; Чанг, Куан Ю. (22 ноября 2017 г.). «Масштабный анализ антимикробной активности в отношении амфипатичности и заряда показывает новую характеристику антимикробных пептидов». Молекулы 2017, 22 (11), 2037. doi: 10.3390/Molecules22112037
Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий