Эти мицеллы представляют собой стабильные сферические структуры , образованных сотнями амфипатических молекул, то есть, молекулы, которые характеризуются полярным (гидрофильным) и неполярная область (гидрофобная). Как и молекулы, из которых они состоят, мицеллы имеют сильно гидрофобный центр, а их поверхность «выстлана» гидрофильными полярными группами.
В большинстве случаев они возникают в результате смешения группы амфипатических молекул с водой, поэтому это способ «стабилизировать» гидрофобные области многих молекул вместе, что обусловлено эффектом гидрофобный и организованный силами Ван-дер-Ваальса.
Структурная схема мицеллы (Источник: Оригинал на английском языке: SuperManu. Испанский: AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) через Wikimedia Commons)
Как детергенты, так и мыло, а также некоторые клеточные липиды могут образовывать мицеллы, которые имеют функциональное значение, по крайней мере, для животных с точки зрения абсорбции жира и транспорта жирорастворимых веществ.
Фосфолипиды, один из наиболее распространенных и важных классов липидов для живых клеток, при определенных условиях могут образовывать, помимо липосом и бислоев, мицеллярные структуры.
Мицеллы также могут образовываться в неполярной среде, и в этом случае их называют «обратными мицеллами», поскольку полярные области амфипатических молекул, которые их образуют, «скрыты» в гидрофильном центре, в то время как неполярные части находятся в прямом контакте со средой. который их содержит.
Структура
Мицеллы состоят из амфипатических молекул или, другими словами, молекул, которые имеют гидрофильную область (водоподобную, полярную) и другую гидрофобную область (водоотталкивающую, неполярную).
Среди этих молекул можно упомянуть жирные кислоты, молекулы любых детергентов и фосфолипиды клеточных мембран, например.
В клеточном контексте мицелла обычно состоит из жирных кислот (переменной длины), полярные карбоксильные группы которых обращены к поверхности агрегата, в то время как углеводородные цепи «спрятаны» в гидрофобном центре, таким образом принимая более или менее сферическая структура.
Фосфолипиды, которые являются другими амфипатическими молекулами, имеющими большое значение для клеток, обычно неспособны образовывать мицеллы, поскольку две цепи жирных кислот, составляющие их «гидрофобные хвосты», занимают большой размер и затрудняют упаковку любой формы. сферическая.
Образование мицелл опосредовано водной средой (Источник: Jwleung / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) через Wikimedia Commons)
Вместо этого, когда эти молекулы находятся в водной среде, они «прижимаются» к бислоям (подобно сэндвичу); то есть в более плоских структурах, где каждая из «поверхностей», контактирующих со средой, состоит из полярных головок групп, присоединенных к глицерину, а «начинка» сэндвича состоит из гидрофобных хвостов (жирные кислоты, этерифицированные до два других атома углерода глицеринового скелета).
Единственный способ, при котором фосфолипид может участвовать в образовании мицеллы, - это когда одна из двух его цепей жирных кислот удаляется путем гидролиза.
организация
В мицелле, как уже упоминалось, «центр» изолирует неполярные части молекул, из которых они состоят, и изолирует их от воды.
Центральная область мицеллы состоит, таким образом, из сильно разупорядоченной среды с жидкоподобными характеристиками, в которой размер радиуса на 10–30% меньше, чем у полностью вытянутых цепочек неамфипатических молекул. связанный с молекулярным комплексом.
Точно так же поверхность мицеллы не является однородной, а скорее «шероховатой» и неоднородной, из которых некоторые исследования ядерного магнитного резонанса показывают, что только одна треть покрыта полярными частями составляющих мономеров.
функция
Мицеллы выполняют очень важные функции как в природе, так и в промышленности и исследованиях.
Что касается их функций в природе, эти молекулярные агрегаты особенно важны для всасывания в кишечнике жиров (моноглицеридов и жирных кислот), поскольку мицеллы разного размера и состава могут образовываться из жирных молекул, попадающих в организм с пищей, и переносить их в организм человека. внутри клеток слизистой оболочки кишечника, что делает возможным их всасывание.
Мицеллы также участвуют в транспортировке холестерина (другого класса клеточных липидов), полученного с пищей, и некоторых так называемых «жирорастворимых» витаминов, поэтому они также используются фармакологически для транспортировки и введения лекарств с неполярными характеристиками.
Моющие средства и мыло, используемые ежедневно для личной гигиены или для очистки различных типов поверхностей, состоят из липидных молекул, способных образовывать мицеллы, когда они находятся в водном растворе.
Эти мицеллы ведут себя как крошечные шарики в подшипнике, придавая мыльным растворам скользкую консистенцию и смазывающие свойства. Действие большинства моющих средств сильно зависит от их способности производить мицеллы.
Например, при исследовании мембранных белков детергенты используются для «очистки» клеточных лизатов от липидов, которые образуют характерные бислои мембран, а также для отделения интегральных мембранных белков от гидрофобных компонентов. этого.
Повышение квалификации
Чтобы понять формирование мицеллярных структур, особенно в детергентах, необходимо принять во внимание несколько абстрактное понятие: критическая концентрация мицелл или ККМ.
Критическая мицеллярная концентрация - это концентрация амфипатических молекул, при которой мицеллы начинают формироваться. Это эталонное значение, выше которого увеличение концентрации этих молекул закончится только увеличением количества мицелл, а ниже которого они предпочтительно организованы в слои на поверхности водной среды, которая их содержит. ,
Различия и сходство между мицеллой и бислоем, образованным фосфолипидами (Источник: 31 марта 2003 г. в: Пользователь: Стивен Гилберт, 31 марта 2003 г. в: Пользователь: Стивен Гилберт, 27 декабря 2004 г. в: Пользователь: Quadell, перевод Пользователь: imartin6 / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) через Wikimedia Commons)
Таким образом, образование мицелл является прямым следствием «амфифильности» поверхностно-активных веществ и сильно зависит от их структурных характеристик, особенно от соотношения формы и размера между полярными и аполярными группами.
В этом смысле образованию мицелл благоприятствует, когда площадь поперечного сечения полярной группы намного больше, чем у аполярной группы, как это происходит со свободными жирными кислотами, с лизофосфолипидами и с детергентами, такими как додецилсульфат натрия ( SDS).
Двумя другими параметрами, от которых зависит образование мицелл, являются:
- Температура: также была определена критическая мицеллярная температура (CMT), которая является температурой, выше которой благоприятствует образованию мицелл.
- Ионная сила: актуальна, прежде всего, для моющих средств ионного типа или поверхностно-активных веществ (полярная группа которых имеет заряд)
Ссылки
- Хасан, П.А., Верма, Г., и Гангули, Р. (2011). 1 Мягкие материалы - свойства и применение. Функциональные материалы: подготовка, обработка и применение, 1.
- Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригер, М., Скотт, член парламента, Бретчер, А.,… и Мацудаира, П. (2008). Молекулярная клеточная биология. Macmillan.
- Лаки, М. (2014). Структурная биология мембран: с биохимическими и биофизическими основами. Издательство Кембриджского университета.
- Нельсон, Д. Л., и Кокс, М. М. (2009). Принципы биохимии Ленингера (стр. 71-85). Нью-Йорк: WH Freeman.
- Танфорд, К. (1972). Форма и размер мицелл. Журнал физической химии, 76 (21), 3020-3024.
- Чжан, Ю., Цао, Ю., Ло, С., Мукерабигви, Дж. Ф., и Лю, М. (2016). Наночастицы как системы доставки лекарств в комбинированной терапии рака. В нанобиоматериалах в терапии рака (стр. 253-280). Издательство Уильям Эндрю.