MOLEKUL AMFIPATI: STRUKTUR, KARAKTERISTIK, CONTOH - KIMIA - 2025

The molekul amphipathic atau amphiphilic adalah mereka yang bisa merasakan afinitas atau tolakan dengan waktu yang sama untuk pelarut tertentu. Pelarut secara kimiawi diklasifikasikan sebagai polar atau apolar; hidrofilik atau hidrofobik. Jadi, jenis molekul ini dapat "mencintai" air, karena mereka juga dapat "membencinya".

Menurut definisi sebelumnya, hanya ada satu cara untuk mewujudkannya: molekul-molekul ini harus memiliki daerah kutub dan apolar di dalam strukturnya; Entah mereka lebih atau kurang terdistribusi secara homogen (seperti halnya dengan protein, misalnya), atau mereka terlokalisasi secara heterogen (dalam kasus surfaktan)

Gelembung, fenomena fisik yang disebabkan oleh pengurangan tegangan permukaan produk antarmuka udara-cair dari aksi surfaktan, yang merupakan senyawa amfifilik. Sumber: Pexels.

Surfaktan, juga disebut deterjen, mungkin merupakan molekul amphipathic paling terkenal sejak jaman dahulu. Sejak Manusia terpikat oleh fisiognomi gelembung yang aneh, prihatin tentang persiapan sabun dan produk pembersih, dia telah berkali-kali menjumpai fenomena tegangan permukaan.

Mengamati gelembung sama dengan menyaksikan "jebakan" yang dindingnya, yang dibentuk oleh penyelarasan molekul amphipathic, menahan kandungan gas di udara. Bentuk bola mereka paling stabil secara matematis dan geometris, karena mereka meminimalkan tegangan permukaan antarmuka udara-air.

Yang mengatakan, dua karakteristik lain dari molekul amphipathic telah dibahas: mereka cenderung berasosiasi atau berkumpul sendiri, dan beberapa tegangan permukaan yang lebih rendah dalam cairan (yang dapat melakukannya disebut surfaktan).

Sebagai akibat dari kecenderungan tinggi untuk berasosiasi, molekul-molekul ini membuka bidang studi morfologis (dan bahkan arsitektural) dari nanoaggregates dan supramolekul yang menyusunnya; dengan tujuan merancang senyawa yang dapat difungsikan dan berinteraksi dalam berbagai cara yang tidak terukur dengan sel dan matriks biokimianya.

Struktur

Struktur umum molekul amphipathic. Sumber: Gabriel Bolívar.

Molekul amfifilik atau amfipatik dikatakan memiliki daerah kutub dan daerah apolar. Daerah apolar biasanya terdiri dari rantai karbon jenuh atau tak jenuh (dengan ikatan rangkap atau rangkap tiga), yang direpresentasikan sebagai "ekor apolar"; disertai dengan "kepala kutub", di mana atom paling elektronegatif berada.

Struktur umum atas menggambarkan komentar di paragraf sebelumnya. Kepala kutub (bola ungu) dapat berupa gugus fungsi atau cincin aromatik yang memiliki momen dipol permanen, dan juga mampu membentuk ikatan hidrogen. Oleh karena itu, kandungan oksigen dan nitrogen tertinggi harus berada di sana.

Di kepala kutub ini juga bisa ada muatan ionik, negatif atau positif (atau keduanya sekaligus). Wilayah ini adalah salah satu yang menunjukkan afinitas tinggi terhadap air dan pelarut polar lainnya.

Di sisi lain, ekor apolar, dengan ikatan CH yang dominan, berinteraksi melalui gaya hamburan London. Wilayah ini bertanggung jawab atas fakta bahwa molekul amphipathic juga menunjukkan afinitas untuk lemak dan molekul apolar di udara (N ₂ , CO ₂ , Ar, dll.).

Dalam beberapa teks kimia, model struktur atas dibandingkan dengan bentuk permen lolipop.

Interaksi antarmolekul

Ketika molekul amphipathic bersentuhan dengan pelarut polar, katakanlah air, daerahnya memberikan efek berbeda pada molekul pelarut.

Pertama-tama, molekul air berusaha untuk melarutkan atau menghidrasi kepala kutub, menjauh dari ekor apolar. Dalam proses ini, kekacauan molekuler tercipta.

Sementara itu, molekul air di sekitar ekor apolar cenderung mengatur dirinya sendiri seperti kristal kecil, sehingga memungkinkan untuk meminimalkan tolakan. Dalam proses ini tatanan molekul dibuat.

Antara gangguan dan keteraturan, akan ada titik di mana molekul amphipathic akan berusaha berinteraksi dengan yang lain, yang akan menghasilkan proses yang jauh lebih stabil.

Miscellas

Keduanya akan didekati melalui ekor apolar atau kepala kutubnya, sedemikian rupa sehingga daerah terkait berinteraksi terlebih dahulu. Ini sama dengan membayangkan bahwa dua "lolipop ungu" pada gambar atas mendekat, menjalin ekor hitamnya, atau menggabungkan dua kepala ungu mereka.

Maka dimulailah fenomena asosiasi yang menarik, di mana beberapa molekul ini bergabung secara berurutan. Mereka tidak terkait secara sewenang-wenang, tetapi menurut serangkaian parameter struktural, yang akhirnya mengisolasi ekor apolar dalam semacam "inti apolar", sambil memperlihatkan kepala kutub sebagai cangkang kutub.

Kemudian dikatakan bahwa miscela bulat telah lahir. Namun, selama pembentukan miscela terdapat tahap awal yang terdiri dari apa yang dikenal sebagai lipid bilayer. Ini dan lainnya adalah beberapa dari banyak struktur makro yang dapat diadopsi oleh molekul amfifilik.

Karakteristik molekul amphipathic

Asosiasi

Miscellany bola yang dibentuk oleh molekul amphipathic. Sumber: Gabriel Bolívar.

Jika ekor apolar diambil sebagai satuan hitam, dan kepala kutub sebagai satuan ungu, maka akan dipahami mengapa pada gambar atas kulit miscela berwarna ungu dan nukleusnya berwarna hitam. Inti adalah apolar, dan interaksinya dengan air atau molekul pelarut adalah nol.

Sebaliknya, jika pelarut atau medianya adalah apolar, maka kepala kutublah yang akan mengalami tolakan, dan akibatnya akan ditempatkan di tengah miscella; artinya, itu terbalik (A, gambar lebih rendah).

Berbagai jenis struktur atau morfologi miscellar. Sumber: Gabriel Bolívar.

Miscelain terbalik diamati memiliki cangkang apolar hitam dan inti kutub ungu. Tetapi, sebelum miscelas terbentuk, molekul amfifilik ditemukan secara individual mengubah urutan molekul pelarut. Dengan meningkatnya konsentrasi, mereka mulai berasosiasi dalam satu atau dua struktur lapisan (B).

Dari B lamina mulai melengkung membentuk D, vesikel. Kemungkinan lain, tergantung pada bentuk ekor apolar sehubungan dengan kepala kutubnya, adalah bahwa mereka berasosiasi untuk menimbulkan miscella silinder (C).

Nanoagregat dan supramolekul

Oleh karena itu, ada lima struktur utama, yang mengungkapkan karakteristik fundamental dari molekul-molekul ini: kecenderungannya yang tinggi untuk berasosiasi dan berkumpul sendiri menjadi supramolécules, yang berkumpul untuk membentuk nanoagregat.

Jadi, molekul amfifilik tidak ditemukan sendiri tetapi dalam asosiasi.

Fisik

Molekul amfipati dapat bermuatan netral atau ionik. Mereka yang bermuatan negatif memiliki atom oksigen dengan muatan formal negatif di kepala kutubnya. Beberapa atom oksigen ini berasal dari gugus fungsi seperti -COO ^- , -SO ₄ ^- , -SO ₃ ^- atau -PO ₄ ^- .

Mengenai muatan positif, umumnya berasal dari amina, RNH ₃ ⁺ .

Ada atau tidaknya muatan ini tidak mengubah fakta bahwa molekul ini umumnya membentuk padatan kristal; atau, jika relatif ringan, mereka ditemukan sebagai minyak.

Contoh

Beberapa contoh molekul amphipathic atau amphiphilic akan disebutkan di bawah ini:

-Fofolipid: phosphatidylethanolamine, sphingomyelin, phosphatidylserine, phosphatidylcholine.

-Kolesterol.

-Glukolipid.

-Sodium lauryl sulfate.

-Protein (amfifilik, tapi bukan surfaktan).

-Lemak fenolik: kardanol, kardol dan asam anakardial.

-Cetyltrimethylammonium bromide.

-Asam lemak: palmitat, linoleat, oleat, laurat, stearat.

- Alkohol rantai panjang: 1-dodekanol dan lainnya.

-Polimer amfifilik: seperti resin fenolik teretoksilasi.

Aplikasi

Membran sel

Salah satu konsekuensi terpenting dari kemampuan molekul-molekul ini untuk berasosiasi adalah bahwa mereka membangun semacam dinding: lapisan ganda lipid (B).

Lapisan ganda ini meluas untuk melindungi dan mengatur masuk dan keluarnya senyawa ke dalam sel. Ini dinamis, karena ekor apolar berputar membantu molekul amphipathic bergerak.

Demikian juga, ketika membran ini dipasang pada dua ujungnya, untuk membuatnya vertikal, digunakan untuk mengukur permeabilitasnya; dan dengan ini, data berharga diperoleh untuk desain bahan biologis dan membran sintetis dari sintesis molekul amphipathic baru dengan parameter struktural yang berbeda.

Dispersan

Dalam industri minyak, molekul ini, dan polimer yang disintesis darinya, digunakan untuk membubarkan asphaltenes. Fokus penerapan ini bertumpu pada hipotesis bahwa asphaltenes terdiri dari padatan koloid, dengan kecenderungan tinggi untuk mengembang dan mengendap sebagai padatan coklat kehitaman yang menyebabkan masalah ekonomi yang serius.

Molekul amfipati membantu menjaga asphaltenes tersebar untuk waktu yang lebih lama dalam menghadapi perubahan fisikokimia dalam minyak.

Pengemulsi

Molekul-molekul ini membantu dua cairan bercampur yang tidak akan tercampur dalam kondisi biasa. Dalam es krim, misalnya, mereka membantu air dan udara membentuk bagian padat yang sama bersama dengan lemak. Di antara pengemulsi yang paling banyak digunakan untuk tujuan ini adalah yang berasal dari asam lemak yang dapat dimakan.

Deterjen

Karakter amfifilik molekul ini digunakan untuk menjebak lemak atau kotoran nonpolar, untuk kemudian dibersihkan pada saat yang sama oleh pelarut polar, seperti air.

Seperti contoh gelembung tempat udara terperangkap, deterjen menjebak lemak di dalam miselnya, yang, memiliki cangkang kutub, berinteraksi secara efisien dengan air untuk menghilangkan kotoran.

Antioksidan

Kepala kutub sangat penting karena mereka mendefinisikan banyak kegunaan yang dapat dimiliki molekul-molekul ini di dalam tubuh.

Jika mereka memiliki, misalnya, satu set cincin aromatik (termasuk turunan dari cincin fenolik) dan cincin kutub yang mampu menetralkan radikal bebas, maka akan ada antioksidan amfifilik; dan jika mereka juga kekurangan efek toksik, maka akan ada antioksidan baru yang tersedia di pasaran.

Referensi

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, dkk. (2002). Biologi Molekuler Sel. Edisi ke-4. New York: Ilmu Garland; Lapisan ganda lipid. Diperoleh dari: ncbi.nlm.nih.gov
2. Jianhua Zhang. (2014). Molekul Amfifilik. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, E. Droli, L. Giorno (eds.), Encyclopedia of Membranes, DOI 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1.
3. Kata Joseph. (2019). Definisi Molekul Amfipati. Belajar. Diperoleh dari: study.com
4. Lehninger, AL (1975). Biokimia. (Edisi ke-2). Worth Publishers, inc.
5. Mathews, CK, van Holde, KE dan Ahern, KG (2002). Biokimia. (Edisi ke-3). Pearson Addison Weshley.
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 Maret 2019). Apa itu Surfaktan? Diperoleh dari: thinkco.com
7. Domenico Lombardo, Mikhail A. Kiselev, Salvatore Magazù, dan Pietro Calandra (2015). Swa-Sidang Amphiphiles: Konsep Dasar dan Perspektif Masa Depan dari Pendekatan Supramolekuler. Kemajuan dalam Fisika Benda Terkondensasi, vol. 2015, ID Artikel 151683, 22 halaman, 2015. doi.org/10.1155/2015/151683.
8. Anankanbil S., Pérez B., Fernandes I., Magdalena K. Widzisz, Wang Z., Mateus N. & Guo Z. (2018). Sekelompok baru molekul amfifilik yang mengandung fenolik sintetik untuk aplikasi multiguna: Karakterisasi fisika-kimiawi dan studi toksisitas sel. Laporan Ilmiah Volume 8, Nomor artikel: 832.