De miceller er stabile sfæriske strukturer dannet af hundredvis af amfipatiske molekyler, dvs. molekyler, som er kendetegnet ved en polær (hydrofil) og upolær region (hydrofob). Ligesom molekylerne, der komponerer dem, har miceller et stærkt hydrofobt centrum, og deres overflade er "foret" med hydrofile polære grupper.
De skyldes i de fleste tilfælde blandingen af en gruppe amfipatiske molekyler med vand, så det er en måde at "stabilisere" de hydrofobe regioner i mange molekyler sammen, et faktum, der er drevet af effekten hydrofob og organiseret af van der Waals styrker.
Strukturskemaet for en micelle (Kilde: Original engelsk: SuperManu. Spansk: AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)
Både detergenter og sæber såvel som visse cellulære lipider kan danne miceller, der i det mindste hos dyr har funktionel relevans set ud fra fedtabsorption og transport af fedtopløselige stoffer.
Phospholipider, en af de mest rigelige og vigtige klasser af lipider til levende celler, kan under visse betingelser ud over liposomer og dobbeltlag danne micellære strukturer.
Miceller kan også dannes i et apolært medium, og i dette tilfælde kaldes de "omvendte miceller", da de polære regioner af de amfipatiske molekyler, der danner dem, er "skjult" i det hydrofile centrum, mens de apolære dele er i direkte kontakt med mediet. der indeholder dem.
Struktur
Miceller består af amfipatiske molekyler eller med andre ord molekyler, der har en hydrofil region (vandlignende, polær) og en anden hydrofob region (vandafvisende, apolær).
Blandt disse molekyler kan nævnes fedtsyrer, molekyler af et hvilket som helst detergent og phospholipider af cellemembraner, for eksempel.
I cellulær sammenhæng er en micelle almindeligvis sammensat af fedtsyrer (med variabel længde), hvis polære carboxylgrupper er eksponeret mod overfladen af aggregatet, mens carbonhydridkæderne er "skjult" i et hydrofobt center og således indfører en mere eller mindre sfærisk struktur.
Phosfolipider, som er andre amfipatiske molekyler af stor betydning for celler, er generelt ikke i stand til at danne miceller, da de to fedtsyrekæder, der udgør deres ”hydrofobe haler”, besætter stor størrelse og vanskeliggør enhver form for emballering. sfæriske.
Dannelsen af en micelle formidlet af det vandige miljø (Kilde: Jwleung / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
I stedet for, når disse molekyler er i et vandigt medium, "nestler" de sig i dobbeltlag (svarende til en sandwich); det vil sige i fladere strukturer, hvor hver af de "overflader", der udsættes mod mediet, er sammensat af de polære hoveder af grupperne bundet til glycerol, og "fyldningen" af sandwich består af de hydrofobe haler (fedtsyrerne esterificeret til de to andre kulhydrater i glycerolskelettet).
Den eneste måde, hvorpå det er muligt for et phospholipid at deltage i dannelsen af en micelle, er, når en af dens to fedtsyrekæder fjernes ved hydrolyse.
Organisation
I en micelle sekvestrerer "som nævnt" som nævnt de apolære dele af molekylerne, der sammensætter dem og isolerer dem fra vandet.
Det centrale område af en micelle består således af et stærkt forstyrret miljø med væskelignende karakteristika, hvor radiusmålingen er mellem 10 og 30% mindre end for de fuldt udstrakte kæder af ikke-amfipatiske molekyler. forbundet med det molekylære kompleks.
Ligeledes er overfladen på en micelle ikke homogen, men snarere "ujævn" og heterogen, hvoraf nogle nukleære magnetiske resonansundersøgelser indikerer, at kun en tredjedel er dækket af de polære dele af de sammensatte monomerer.
Fungere
Miceller har meget betydningsfulde funktioner, både i naturen og i industrien og inden for forskning.
Med hensyn til deres funktioner i naturen er disse molekylære aggregater især vigtige for tarmabsorptionen af fedt (monoglycerider og fedtsyrer), da miceller i forskellige størrelser og sammensætninger kan dannes ud fra fedtmolekylerne indtaget med mad og transportere dem til inde i cellerne i tarmforingen, hvilket gør deres absorption mulig.
Miceller fungerer også i transporten af kolesterol (en anden klasse af cellulær lipid), der er erhvervet gennem kosten og af nogle såkaldte ”fedtopløselige” vitaminer, hvorfor de også udnyttes farmakologisk til transport og administration af medikamenter med apolære egenskaber.
Detergenter og sæber, der bruges dagligt til personlig hygiejne eller til rengøring af forskellige typer overflader, er sammensat af lipidmolekyler, der er i stand til at danne miceller, når de er i en vandig opløsning.
Disse miceller opfører sig som små kugler i en leje, hvilket giver sæbeopløsninger deres glatte konsistens og smøreegenskaber. Virkningen af de fleste vaskemidler er meget afhængig af deres evne til at producere miceller.
I forskning og undersøgelse af membranproteiner bruges for eksempel detergenter til at "rense" cellelysaterne af lipiderne, der danner de karakteristiske dobbeltlag af membraner, såvel som til at adskille de integrerede membranproteiner fra de hydrofobe komponenter. af dette.
Uddannelse
For at forstå dannelsen af micellære strukturer, især i vaskemidler, er det nødvendigt at tage et noget abstrakt koncept i betragtning: den kritiske micellære koncentration eller CMC.
Den kritiske micellære koncentration er den koncentration af amfipatiske molekyler, ved hvilke miceller begynder at dannes. Det er en referenceværdi, over hvilken en stigning i koncentrationen af disse molekyler kun ender med en stigning i antallet af miceller, og under hvilke disse fortrinsvis er organiseret i lag på overfladen af det vandige medium, der indeholder dem..
Forskelle og ligheder mellem en micelle og et dobbeltlag dannet af phospholipider (Kilde: 31. marts 2003 i: Bruger: Stephen Gilbert, 31. marts 2003 i: Bruger: Stephen Gilbert, 27. december 2004 i: Bruger: Quadell, oversættelse Bruger: imartin6 / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) via Wikimedia Commons)
Dannelsen af miceller er således en direkte konsekvens af "amfifiliciteten" af overfladeaktive stoffer og er meget afhængig af deres strukturelle egenskaber, især af form og størrelse-forholdet mellem de polære og apolære grupper.
I denne forstand foretrækkes dannelse af miceller, når tværsnitsarealet i den polære gruppe er meget større end det for den apolære gruppe, som forekommer med frie fedtsyrer, med lysophospholipider og med detergenter, såsom natriumdodecylsulfat (SDS).
To andre parametre, som miceldannelsen afhænger af, er:
- Temperatur: Den kritiske micellartemperatur (CMT) er også blevet defineret, hvilket er temperaturen, over hvilken dannelsen af miceller foretrækkes
- Ionstyrke: hvilket især er relevant for ioniske detergenter eller overfladeaktive stoffer (hvis polære gruppe har en ladning)
Referencer
- Hassan, PA, Verma, G., & Ganguly, R. (2011). 1 Bløde materialer À Egenskaber og applikationer. Funktionelle materialer: Forberedelse, behandling og applikationer, 1.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
- Luckey, M. (2014). Membranstrukturbiologi: med biokemiske og biofysiske fundamenter. Cambridge University Press.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-principper for biokemi (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 kombinationsterapi mod kræft. I nanobiomaterialer i kræftterapi (s. 253-280). William Andrew Publishing.