Amfipaatsed molekulid on keemilised ühendid millel on mõlemad polaarne ja mittepolaarne piirkonnad, andes neile nii hüdrofiilsed (vett armastavad) kui ka lipofiilsed (rasva armastavad) omadused. Amfipaatsed molekulid on tuntud ka kui amfifiilsed molekulid või amfifiilid. Sõna amfifiil pärineb kreeka sõnadest amphis, mis tähendab "mõlemad" ja philia, mis tähendab "armastust". Amfipaatsed molekulid on olulised keemias ja bioloogias. Amfipaatiliste molekulide näideteks on kolesterool, detergendid ja fosfolipiidid.
Peamised võtmed: amfipaatsed molekulid
- Amfpaatilistel või amfifiilsetel molekulidel on polaarsed ja mittepolaarsed osad, muutes need nii hüdrofiilseteks kui ka lipofiilseteks.
- Amfipaatiliste molekulide näideteks on pindaktiivsed ained, fosfolipiidid ja sapphapped.
- Rakk kasutab amfipaatilisi molekule bioloogiliste membraanide konstrueerimiseks ning antibakteriaalsete ja seenevastaste ainetena. Amfipaatsed molekulid leiavad kaubanduslikku kasutamist puhastusvahenditena.
Struktuur ja omadused
Amfipaatsel molekulil on vähemalt üks hüdrofiilne osa ja vähemalt üks lipofiilne sektsioon. Kuid amfifiilil võib olla mitu hüdrofiilset ja lipofiilset osa.
Lipofiilne sektsioon on tavaliselt süsivesiniku osa, mis koosneb süsiniku ja vesiniku aatomitest. Lipofiilsed portsjonid on hüdrofoobne ja mittepolaarne.
Hüdrofiilne rühm võib olla laetud või tühi. Laetud rühmad võivad olla katioonsed (positiivselt laetud), näiteks ammooniumrühm (RNH3+). Muud laetud rühmad on anioonsed, näiteks karboksülaadid (RCO2−), fosfaadid (RPO42-), sulfaadid (RSO4−) ja sulfonaadid (RSO3−). Polaarsete, laadimata rühmade näideteks on alkoholid.
Amfipaadid võivad osaliselt lahustuda nii vees kui ka mittepolaarsetes lahustites. Kui see pannakse segusse, mis sisaldab vett ja orgaanilisi lahusteid, jaotavad amfipaatsed molekulid kaks faasi. Tuttav näide on viis, kuidas vedel nõudepesuvahend eraldab õliseid rasvaseid nõusid.
Vesilahustes amfipaatsed molekulid kogunevad spontaanselt mitsellideks. Mitsellil on madalam vaba energia kui vabalt ujuvatel amfipaatidel. Amfipaadi polaarne osa (hüdrofiilne osa) moodustab mitsellaari välispinna ja puutub kokku veega. Molekuli lipofiilne osa (mis on hüdrofoobne) on veest varjestatud. Ükskõik segust eraldatud õlid eraldatakse mitsellaari sisemuses. Vesiniksidemed stabiliseerivad mitsellides süsivesinike ahelaid. Mitsellaari purustamiseks on vaja energiat.
Amfipaadid võivad moodustada ka liposoome. Liposoomid koosnevad suletud lipiidist kaksikkihist, mis moodustab kera. Kahekihiline välimine, polaarne osa on suunatud ja ümbritseb vesilahust, hüdrofoobsed sabad aga üksteisega.
Näited
Pesuained ja seebid on amfipaatiliste molekulide tuttavad näited, kuid paljud biokeemilised molekulid on ka amfipaadid. Näited hõlmavad fosfolipiide, mis on rakumembraanide aluseks. Kolesterool, glükolipiidid ja rasvhapped on amfipaadid, mis lülituvad ka rakumembraanidesse. Sapphapped on steroidsed amfipaadid, mida kasutatakse toidurasvade seedimiseks.
Samuti on olemas amfipaatide kategooriad. Amphipoolid on amfifiilsed polümeerid mis säilitavad membraani valkude lahustuvuse vees ilma detergentideta. Amphipoolide kasutamine võimaldab uurida neid valke ilma neid denatureerimata. Bolaamfipaatsed molekulid on need, millel on ellipsoidi kujuga molekuli mõlemas otsas hüdrofiilsed rühmad. Võrreldes ühe polaarse "peaga amfipaatidega" lahustuvad bolaamfipaadid vees paremini. Rasvad ja õlid on amfipaatide klass. Need lahustuvad orgaanilistes lahustites, kuid mitte vees. Puhastamiseks kasutatavad süsivesinike pindaktiivsed ained on amfipaadid. Näited hõlmavad naatriumdodetsüülsulfaati, 1-oktanooli, kokamidopropüül-betaiini ja bensalkooniumkloriidi.
Funktsioonid
Amfipaatsed molekulid täidavad mitmeid olulisi bioloogilisi rolle. Nad on membraanide moodustavate lipiidsete kaksikkihtide põhikomponent. Mõnikord on vaja membraani muuta või katkestada. Siin kasutab rakk amfipaatilisi ühendeid, mida nimetatakse peptidiinideks, mis suruvad nende hüdrofoobse piirkonna membraani ja paljastavad hüdrofiilsed süsivesiniku sabad vesikeskkonda. Keha kasutab seedimiseks amfpaatilisi molekule. Amfipaadid on olulised ka immuunvastuses. Amfpaatilistel antimikroobsetel peptiididel on seenevastased ja antibakteriaalsed omadused.
Kõige tavalisem amfipaatide kaubanduslik kasutamine on puhastamine. Seebid ja pesuained isoleerivad rasvad veest, kuid pesemisvahendite kohandamine katioonsete, anioonsete või laenguta hüdrofoobsete rühmadega laiendab nende toimimise tingimuste valikut. Toitainete või ravimite kohaletoimetamiseks võib kasutada liposoome. Amfipaate kasutatakse ka lokaalanesteetikumide, vahutavate ainete ja pindaktiivsete ainete valmistamiseks.
Allikad
- Fuhrhop, J-H; Wang, T (2004). "Bolaamphiphile". Chem. Rev. 104(6), 2901-2937.
- Nagle, J.F.; Tristram-Nagle, S. (November 2000). "Lipiidsete kaksikkihtide struktuur". Biochim. Biofüüs. 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). Mikroorganismide Brock-bioloogia (10. väljaanne). Englewoodi kaljud, N.J: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-049147-3.
- Qiu, Feng; Tang, Chengkang; Chen, Yongzhu (2017). "Disainer bolaamfifiilsete peptiidide amüloidsarnane agregatsioon: hüdrofoobse lõigu ja hüdrofiilsete peade mõju". Journal of Peptide Science. Wiley. doi: 10.1002 / psc.3062
- Wang, Chien-Kuo; Shih, Ling-Yi; Chang, Kuan Y. (22. november 2017). "Antimikroobsete toimete laiaulatuslik analüüs seoses amfipaatsuse ja laenguga paljastab antimikroobsete peptiidide uue iseloomustuse". Molekulid 2017, 22(11), 2037. doi: 10.3390 / molekulid22112037