Амфипатические молекулы химические соединений которые имеют оба полярный и неполярный области, придающие им как гидрофильные (водолюбивые), так и липофильные (жиролюбивые) свойства. Амфипатические молекулы также известны как амфифильные молекулы или амфифилы. Слово амфифил происходит от греческих слов Amphis, что означает «оба» и филия, 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 конструирования биологических мембран и в качестве антибактериальных и противогрибковых агентов. Амфипатические молекулы находят коммерческое применение в качестве чистящих средств.
Структура и свойства
Амфипатическая молекула имеет, по меньшей мере, одну гидрофильную часть и, по меньшей мере, одну липофильную часть. Однако амфифил может иметь несколько гидрофильных и липофильных частей.
Липофильный участок обычно представляет собой углеводородный фрагмент, состоящий из атомов углерода и водорода. Липофильные порции гидрофобный и неполярный.
Гидрофильная группа может быть заряженной или незаряженной. Заряженные группы могут быть катионными (положительно заряженными), такими как аммониевая группа (RNH)3+). Другие заряженные группы являются анионными, такими как карбоксилаты (RCO2−), фосфаты (РПО)42-), сульфаты (РСО)4−) и сульфонаты (РСО)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. Знакомым примером является то, как жидкое моющее средство для посуды изолирует масла от жирных блюд.
В водных растворах амфипатические молекулы самопроизвольно собираются в мицеллы. Мицелла имеет более низкую свободную энергию, чем свободно плавающие амфипии. 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 изолированы внутри мицеллы. Водородные связи стабилизируют углеводородные цепи в мицелле. Энергия требуется, чтобы разбить мицеллу на части.
Амфипаты также могут образовывать липосомы. Липосомы состоят из заключенного липидного бислоя, который образует сферу. Внешняя полярная часть бислоя обращена к водному раствору и окружает его, а гидрофобные хвосты обращены друг к другу.
Примеры
Моющие средства и мыл являются знакомыми примерами амфипатических молекул, но многие биохимические молекулы также являются амфипатами. Примеры включают фосфолипиды, которые образуют основу клеточных мембран. Холестерин, гликолипиды и жирные кислоты являются амфипатами, которые также включаются в клеточные мембраны. Желчные кислоты - это стероидные амфипаты, используемые для переваривания пищевых жиров.
Есть также категории амфипат. Амфиполы амфифильные полимеры которые поддерживают растворимость мембранного белка в воде без необходимости моющих средств. Использование амфиполов позволяет изучать эти белки, не денатурируя их. Bolaamphipathic молекулы те, которые имеют гидрофильные группы на обоих концах молекулы в форме эллипсоида. По сравнению с амфифатами с одной полярной «головой», боламампаты более растворимы в воде. Жиры и масла - это класс амфипат. Они растворяются в органических растворителях, но не в воде. Углеводородные поверхностно-активные вещества, используемые для очистки, являются амфипатами. Примеры включают додецилсульфат натрия, 1-октанол, кокамидопропилбетаин и хлорид бензалкония.
функции
Амфипатические молекулы выполняют несколько важных биологических ролей. Они являются основным компонентом липидных бислоев, которые образуют 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 водной среде. Организм использует амфипатические молекулы для пищеварения. Амфипаты также важны для иммунного ответа. Амфипатические антимикробные пептиды обладают противогрибковыми и антибактериальными свойствами.
Наиболее распространенным коммерческим использованием амфипат является очистка. Мыло и моющие средства изолируют жиры от воды, но применение моющих средств с катионными, анионными или незаряженными гидрофобными группами расширяет диапазон условий, в которых они функционируют. Липосомы могут быть использованы для доставки питательных веществ или лекарств. Амфипаты также используются для изготовления местных анестетиков, пенообразователей и поверхностно-активных веществ.
источники
- Fuhrhop, J-H; Ван Т. (2004). "Bolaamphiphile". Химреагент оборот. 104(6), 2901-2937.
- Nagle, J.F.; Тристрам-Нагл, С. (Ноябрь 2000 г.) «Структура липидных бислоев». Биохим. Biophys. Acta. 1469 (3): 159–95. doi: 10.1016 / S0304-4157 (00) 00016-2
- Parker, J.; Madigan, M.T.; Брок Т.Д.; Martinko, J.M. (2003). Брок биологии микроорганизмов (10-е изд.). Энглвудские Утесы, Нью-Джерси: Прентис Холл. ISBN 978-0-13-049147-3.
- Цю, Фэн; Тан, Чэнкан; Чен, Юнчжу (2017). «Амилоидоподобная агрегация дизайнерских болаамфифильных пептидов: влияние гидрофобного сечения и гидрофильных головок». Журнал пептидной науки. Wiley. doi: 10.1002 / psc.3062
- Ван, Чиен-Куо; Ши, Лин-Йи; Чанг, Куан Я. (22 ноября 2017 г.) «Крупномасштабный анализ антимикробной активности в связи с амфипатичностью и зарядом раскрывает новую характеристику антимикробных пептидов». Молекулы 2017, 22(11), 2037. doi: 10,3390 / молекулы22112037