De miceller er stabile sfæriske strukturer dannet av hundrevis av amfipatiske molekyler, dvs. molekyler som er kjennetegnet ved en polar (hydrofil) og ikke-polare region (hydrofobt). I likhet med molekylene som komponerer dem, har miceller et sterkt hydrofobt sentrum og overflaten deres er "foret" med hydrofile polare grupper.
De skyldes i de fleste tilfeller blanding av en gruppe amfipatiske molekyler med vann, så det er en måte å "stabilisere" de hydrofobe regionene i mange molekyler sammen, et faktum som er drevet av effekten hydrofob og organisert av van der Waals styrker.
Strukturskjemaet til en micelle (Kilde: Original engelsk: SuperManu. Spansk: AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)
Både vaskemidler og såper, så vel som visse cellulære lipider, kan danne miceller, som har funksjonell relevans, i det minste hos dyr, med tanke på fettopptak og transport av fettløselige stoffer.
Fosfolipider, en av de mest tallrike og viktige klasser av lipider for levende celler, kan under visse forhold danne, i tillegg til liposomer og dobbeltlag, micellære strukturer.
Mikeller kan også dannes i et apolart medium, og i dette tilfellet kalles de "omvendte miceller", siden de polare områdene til de amfipatiske molekylene som danner dem er "skjult" i det hydrofile sentrum mens de apolare delene er i direkte kontakt med mediet. som inneholder dem.
Struktur
Miceller består av amfipatiske molekyler eller med andre ord molekyler som har et hydrofilt område (vannlignende, polart) og et annet hydrofobt område (vannavvisende, apolar).
Blant disse molekylene kan nevnes fettsyrer, molekyler av hvilket som helst vaskemiddel og fosfolipider i cellemembraner.
I cellulær sammenheng er en micelle vanligvis sammensatt av fettsyrer (av variabel lengde), hvis polare karboksylgrupper blir eksponert mot overflaten av aggregatet, mens hydrokarbonkjedene er "skjult" i et hydrofobt senter, og dermed bruker en mer eller mindre sfærisk struktur.
Fosfolipider, som er andre amfipatiske molekyler av stor betydning for celler, er generelt ikke i stand til å danne miceller, siden de to fettsyrekjedene som utgjør deres "hydrofobe haler" opptar stor størrelse og vanskeliggjør enhver form for pakking. sfærisk.
Dannelsen av en micelle formidlet av det vandige miljøet (Kilde: Jwleung / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
I stedet, når disse molekylene er i et vandig medium, "nestler" de seg i dobbeltlag (ligner en sandwich); det vil si i flatere strukturer, der hver av "overflatene" utsatt mot mediet er sammensatt av de polare hodene til gruppene festet til glyserol og "fyllingen" av sandwich består av hydrofobe haler (fettsyrene forestret til de to andre karbonatene i glyserolskjelettet).
Den eneste måten det er mulig for et fosfolipid å delta i dannelsen av en micelle er når en av dens to fettsyrekjeder fjernes ved hydrolyse.
Organisasjon
I en micelle, som nevnt, sekvenserer "sentrum" de ikke-polare delene av molekylene som komponerer dem og isolerer dem fra vannet.
Den sentrale regionen av en micelle består da av et sterkt forstyrret miljø, med væskelignende egenskaper, der radiusmålet er mellom 10 og 30% mindre enn det for de fullstendig utvidede kjedene av ikke-amfipatiske molekyler. assosiert med molekylkomplekset.
På samme måte er overflaten til en micelle ikke homogen, men heller "grov" og heterogen, hvorav noen kjernemagnetiske resonansstudier indikerer at bare en tredjedel er dekket av de polare delene av de konstituerende monomerer.
Funksjon
Miceller har svært betydningsfulle funksjoner, både i naturen og i industrien og i forskningen.
Når det gjelder deres funksjoner i naturen, er disse molekylære aggregatene spesielt viktige for tarmabsorpsjonen av fett (monoglyserider og fettsyrer), siden miceller i forskjellige størrelser og sammensetninger kan dannes fra de fete molekylene inntatt med mat og transportere dem til inne i cellene i tarmforingen, noe som gjør deres absorpsjon mulig.
Mikeller fungerer også i transporten av kolesterol (en annen klasse av cellulær lipid) ervervet gjennom kostholdet og av noen såkalte “fettløselige” vitaminer, og det er derfor de også utnyttes farmakologisk for transport og administrering av medikamenter med apolare egenskaper.
Vaskemidler og såper som brukes daglig for personlig hygiene eller for rengjøring av forskjellige typer overflater er sammensatt av lipidmolekyler som er i stand til å danne miceller når de er i en vandig løsning.
Disse micellene oppfører seg som bittesmå kuler i lager, og gir såpeløsninger deres glatte konsistens og smøreegenskaper. Virkningen av de fleste vaskemidler er veldig avhengig av deres evne til å produsere miceller.
I forskning og studie av membranproteiner brukes for eksempel vaskemidler for å "rense" cellelysatene til lipidene som danner de karakteristiske dobbeltlagene i membraner, samt for å skille de integrerte membranproteinene fra de hydrofobe komponentene. av denne.
Opplæring
For å forstå dannelsen av micellære strukturer, spesielt i vaskemidler, er det nødvendig å ta hensyn til et noe abstrakt konsept: den kritiske micellar konsentrasjonen eller CMC.
Den kritiske micellare konsentrasjonen er den konsentrasjonen av amfipatiske molekyler som miceller begynner å dannes. Det er en referanseverdi over hvilken en økning i konsentrasjonen av disse molekylene bare vil ende med en økning i antall miceller, og under hvilke disse er fortrinnsvis organisert i lag på overflaten av det vandige mediet som inneholder dem. .
Forskjeller og likheter mellom en micelle og et dobbeltlag dannet av fosfolipider (Kilde: 31. mars 2003 i: Bruker: Stephen Gilbert, 31. mars 2003 i: Bruker: Stephen Gilbert, 27. desember 2004 i: Bruker: Quadell, oversettelse Bruker: imartin6 / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) via Wikimedia Commons)
Dermed er dannelse av miceller en direkte konsekvens av "amfifilisiteten" av overflateaktive stoffer og er svært avhengig av deres strukturelle egenskaper, spesielt av form og størrelse-forholdet mellom de polare og apolare gruppene.
I denne forstand foretrekkes dannelse av miceller når tverrsnittsarealet til den polare gruppen er mye større enn det for den apolare gruppen, som forekommer med frie fettsyrer, med lysofosfolipider og med vaskemidler som natriumdodecylsulfat ( SDS).
To andre parametere som micellformasjonen avhenger av er:
- Temperatur: den kritiske micellar temperaturen (CMT) er også blitt definert, som er temperaturen over hvilken dannelsen av miceller favoriseres
- ionisk styrke: noe som er viktigst for alle vaskemidler eller overflateaktive midler av ionisk type (hvis polare gruppe har en ladning)
referanser
- Hassan, PA, Verma, G., & Ganguly, R. (2011). 1 Myke materialer À Egenskaper og applikasjoner. Funksjonelle materialer: Forberedelse, behandling og applikasjoner, 1.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
- Luckey, M. (2014). Membran strukturell biologi: med biokjemiske og biofysiske fundamenter. Cambridge University Press.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-prinsippene for biokjemi (s. 71-85). New York: WH Freeman.
- Tanford, C. (1972). Micelleform og størrelse. Journal of Physical Chemistry, 76 (21), 3020-3024.
- Zhang, Y., Cao, Y., Luo, S., Mukerabigwi, JF, & Liu, M. (2016). Nanopartikler som medikamentleveringssystemer for kombinasjonsbehandling mot kreft. I Nanobiomaterials in Cancer Therapy (s. 253-280). William Andrew Publishing.