جزيئات أمفيباثيك: هيكل ، خصائص ، أمثلة - كيمياء - 2026

و الجزيئات متقابلة الزمر أو محبة للجهتين هي تلك التي يمكن أن يشعر تقارب أو تنافر في نفس الوقت لمذيب معين. تصنف المذيبات كيميائيا على أنها قطبية أو قطبية ؛ محبة للماء أو كارهة للماء. وبالتالي ، يمكن لهذه الأنواع من الجزيئات أن "تحب" الماء ، كما يمكنها أيضًا أن "تكرهه".

وفقًا للتعريف السابق ، هناك طريقة واحدة فقط لتحقيق ذلك: يجب أن تحتوي هذه الجزيئات على مناطق قطبية وقطبية داخل هياكلها ؛ إما أنها موزعة بشكل متجانس إلى حد ما (كما هو الحال مع البروتينات ، على سبيل المثال) ، أو أنها مترجمة بشكل غير متجانس (في حالة المواد الخافضة للتوتر السطحي)

الفقاعات ، وهي ظاهرة فيزيائية ناتجة عن تقليل التوتر السطحي للواجهة بين الهواء والسائل بسبب عمل الفاعل بالسطح ، وهو مركب برمائي. المصدر: Pexels.

ربما تكون المواد الخافضة للتوتر السطحي ، والتي تسمى أيضًا المنظفات ، أشهر جزيئات الأمفيباثيك على الإطلاق منذ زمن بعيد. منذ أن انبهر الإنسان بملامح الفقاعة الغريبة ، قلقًا بشأن تحضير الصابون ومنتجات التنظيف ، واجه الإنسان ظاهرة التوتر السطحي مرارًا وتكرارًا.

إن ملاحظة الفقاعة هي نفسها مشاهدة "مصيدة" تحافظ جدرانها ، المتكونة من اصطفاف الجزيئات الأمفيباثية ، على المحتوى الغازي للهواء. أشكالها الكروية هي الأكثر استقرارًا من الناحية الحسابية والهندسية ، لأنها تقلل من التوتر السطحي للواجهة بين الهواء والماء.

ومع ذلك ، تمت مناقشة خاصيتين أخريين للجزيئات الأمفيباثية: تميل إلى الارتباط أو التجميع الذاتي ، وبعض التوترات السطحية السفلية في السوائل (تسمى تلك التي يمكنها القيام بذلك المواد الخافضة للتوتر السطحي).

نتيجة للميل الكبير إلى الارتباط ، تفتح هذه الجزيئات مجالًا للدراسة المورفولوجية (وحتى المعمارية) لمجموعاتها النانوية والجزيئات الفائقة التي تتكون منها ؛ بهدف تصميم مركبات يمكن توظيفها والتفاعل بطرق لا حصر لها مع الخلايا ومصفوفاتها البيوكيميائية.

بناء

الهيكل العام لجزيء أمفيباثي. المصدر: غابرييل بوليفار.

يقال إن الجزيئات البرمائية أو الأمفيباثية لها منطقة قطبية ومنطقة قطبية. تتكون المنطقة القطبية عادة من سلسلة كربون مشبعة أو غير مشبعة (ذات روابط مزدوجة أو ثلاثية) ، والتي يتم تمثيلها على أنها "ذيل قطبي" ؛ يرافقه "رأس قطبي" ، حيث تتواجد الذرات الأكثر كهرسلبية.

يوضح الهيكل العام العلوي التعليقات الواردة في الفقرة السابقة. يمكن أن يكون الرأس القطبي (الكرة الأرجوانية) عبارة عن مجموعات وظيفية أو حلقات عطرية لها لحظات ثنائية القطب دائمة ، وقادرة أيضًا على تكوين روابط هيدروجينية. لذلك ، يجب أن يكون هناك أعلى محتوى من الأكسجين والنيتروجين.

في هذا الرأس القطبي يمكن أن يكون هناك أيضًا شحنات أيونية أو سالبة أو موجبة (أو كليهما في نفس الوقت). هذه المنطقة هي المنطقة التي تظهر تقاربًا كبيرًا للماء والمذيبات القطبية الأخرى.

من ناحية أخرى ، يتفاعل الذيل القطبي ، بالنظر إلى روابطه السائدة CH ، من خلال قوى تشتت لندن. هذه المنطقة مسؤولة عن حقيقة أن الجزيئات الأمفيباثية تظهر أيضًا تقاربًا للدهون والجزيئات القطبية في الهواء (N ₂ ، CO ₂ ، Ar ، إلخ).

في بعض نصوص الكيمياء ، تتم مقارنة نموذج الهيكل العلوي بشكل مصاصة.

التفاعلات بين الجزيئات

عندما يتلامس جزيء أمفيباثي مع مذيب قطبي ، على سبيل المثال الماء ، فإن مناطقه تمارس تأثيرات مختلفة على جزيئات المذيب.

بادئ ذي بدء ، تسعى جزيئات الماء إلى إذابة أو ترطيب الرأس القطبي ، والابتعاد عن الذيل القطبي. في هذه العملية يتم إنشاء اضطراب جزيئي.

وفي الوقت نفسه ، تميل جزيئات الماء حول الذيل القطبي إلى ترتيب نفسها كما لو كانت بلورات صغيرة ، مما يسمح لها بتقليل التنافر. في هذه العملية يتم إنشاء ترتيب جزيئي.

بين الاضطرابات والأوامر ، ستأتي نقطة حيث يسعى الجزيء الأمفيباثي للتفاعل مع الآخر ، مما يؤدي إلى عملية أكثر استقرارًا.

متفرقات

سيتم التعامل مع كليهما من خلال ذيولهما القطبية أو الرؤوس القطبية ، بطريقة تتفاعل المناطق ذات الصلة أولاً. هذا هو نفس تصور أن اثنين من "مصاصات أرجوانية" في الصورة العليا يقتربان من ذيولهما السوداء ، أو ينضمان إلى رأسيهما الأرجواني.

وهكذا تبدأ ظاهرة ارتباط مثيرة للاهتمام ، حيث يتم ربط العديد من هذه الجزيئات على التوالي. لا ترتبط بشكل تعسفي ، ولكن وفقًا لسلسلة من المعلمات الهيكلية ، والتي تنتهي بعزل ذيول قطبية في نوع من "النواة القطبية" ، مع تعريض الرؤوس القطبية كقشرة قطبية.

يقال بعد ذلك أنه ولدت ميسيلا كروية. ومع ذلك ، أثناء تكوين الميسيلا هناك مرحلة أولية تتكون مما يعرف باسم طبقة ثنائية الدهون. هذه وغيرها هي بعض من العديد من الهياكل الكبيرة التي يمكن أن تتبناها الجزيئات البرمائية.

خصائص الجزيئات الأمفيباثيك

جمعية

متفرقات كروية تتكون من جزيئات أمفيباثيك. المصدر: غابرييل بوليفار.

إذا تم أخذ ذيول القطبية كوحدات سوداء ، والرؤوس القطبية كوحدات أرجوانية ، فسوف نفهم لماذا في الصورة العليا لحاء المسيلا أرجواني ونواة سوداء. النواة هي قطبية ، وتفاعلاتها مع الماء أو جزيئات المذيبات لاغية.

من ناحية أخرى ، إذا كان المذيب أو الوسيط قطبيًا ، فإن الرؤوس القطبية هي التي ستعاني من التنافر ، وبالتالي ستكون موجودة في وسط الميسيلا ؛ أي أنه معكوس (أ ، الصورة السفلية).

أنواع مختلفة من الهياكل أو الأشكال المتنوعة. المصدر: غابرييل بوليفار.

لوحظ أن الخزف المقلوب يحتوي على قشرة قطبية سوداء ونواة قطبية أرجوانية. ولكن ، قبل أن يتم تكوين الميسيلاس ، تم العثور على جزيئات البرمائيات بشكل فردي وهي تغير ترتيب جزيئات المذيب. مع زيادة التركيز ، يبدأون في الارتباط ببنية طبقة واحدة أو طبقتين (ب).

من B تبدأ الصفيحة بالانحناء لتكوين حويصلة D. الاحتمال الآخر ، اعتمادًا على شكل الذيل القطبي فيما يتعلق برأسه القطبي ، هو أنهما يرتبطان بإحداث نسق أسطواني (C).

المجاميع النانوية والجزيئات الفائقة

لذلك ، هناك خمسة تراكيب رئيسية تكشف عن خاصية أساسية لهذه الجزيئات: ميلها الكبير إلى الارتباط والتجمع الذاتي في جزيئات فائقة ، والتي تتجمع لتشكل مجاميع نانوية.

وبالتالي ، فإن جزيئات البرمائيات لا توجد بمفردها بل مرتبطة بها.

جسدي - بدني

يمكن أن تكون الجزيئات الأمفيباثية محايدة أو مشحونة أيونيًا. أولئك الذين لديهم شحنة سالبة لديهم ذرة أكسجين مع شحنة رسمية سالبة في رؤوسهم القطبية. تأتي بعض ذرات الأكسجين هذه من مجموعات وظيفية مثل -COO ^- أو -SO ₄ ^- أو -SO ₃ ^- أو -PO ₄ ^-.

فيما يتعلق بالشحنات الموجبة ، فإنها تأتي بشكل عام من الأمينات ، RNH ₃ ⁺.

لا يغير وجود أو عدم وجود هذه الشحنات من حقيقة أن هذه الجزيئات تشكل عمومًا مواد صلبة بلورية ؛ أو إذا كانت خفيفة نسبيًا ، فإنها توجد كزيوت.

أمثلة

سيتم ذكر بعض الأمثلة على جزيئات amphipathic أو amphiphilic أدناه:

- فوليبيدات: فوسفاتيديليثانولامين ، سفينغوميلين ، فسفاتيديل سيرين ، فوسفاتيديل كولين.

- كوليسترول.

-جلوكوليبيدات.

- كبريتات لوريل الصوديوم.

-البروتينات (وهي برمائية ، ولكنها ليست خافضة للتوتر السطحي).

-الدهون الفينولية: كاردانول ، كاردول وأحماض اناكارديال.

- بروميد سيتيل ترايميثيل الأمونيوم.

- الأحماض الدهنية: البالمتيك ، اللينوليك ، الأوليك ، اللوريك ، الدهني.

- كحول طويل السلسلة: 1- دوديكانول وغيره.

- البوليمرات الأمفييلية: مثل راتنجات الفينول الإيثوكسيلية.

التطبيقات

أغشية الخلايا

أحد أهم نتائج قدرة هذه الجزيئات على الارتباط هو أنها تبني نوعًا من الجدار: طبقة ثنائية الدهون (B).

تمتد هذه الطبقة الثنائية لحماية وتنظيم دخول وخروج المركبات إلى الخلايا. إنه ديناميكي ، حيث أن ذيوله القطبية تدور لمساعدة الجزيئات الأمفيباثية على الحركة.

وبالمثل ، عندما يتم ربط هذا الغشاء بطرفين ، من أجل الحصول عليه بشكل عمودي ، فإنه يستخدم لقياس نفاذه ؛ وبهذا ، يتم الحصول على بيانات قيمة لتصميم المواد البيولوجية والأغشية الاصطناعية من تخليق جزيئات أمفيباثية جديدة ذات معايير هيكلية مختلفة.

المشتتات

في صناعة النفط ، تُستخدم هذه الجزيئات والبوليمرات المُصنّعة منها لتفريق الأسفلتين. يركز هذا التطبيق على الفرضية القائلة بأن الأسفلتين يتكون من مادة صلبة غروانية ، مع ميل كبير للتلبد والرواسب كمادة صلبة سوداء بنية اللون مما يسبب مشاكل اقتصادية خطيرة.

تساعد الجزيئات الأمفيباثية على إبقاء الأسفلتين مشتتًا لفترة أطول في مواجهة التغيرات الفيزيائية والكيميائية في الزيت.

المستحلبات

تساعد هذه الجزيئات على مزج سائلين لن يكونا قابلين للامتزاج في ظل الظروف العادية. في الآيس كريم ، على سبيل المثال ، يساعدان الماء والهواء على تكوين جزء من نفس المادة الصلبة مع الدهون. من بين المستحلبات الأكثر استخدامًا لهذا الغرض تلك المشتقة من الأحماض الدهنية الصالحة للأكل.

منظفات

تُستخدم الطبيعة البرمائية لهذه الجزيئات في حبس الدهون أو الشوائب القطبية ، ثم يتم غسلها في نفس الوقت بواسطة مذيب قطبي ، مثل الماء.

مثل مثال الفقاعات حيث احتُجز الهواء ، تحبس المنظفات الدهون داخل مذيلاتها ، والتي لها قشرة قطبية تتفاعل بكفاءة مع الماء لإزالة الأوساخ.

مضادات الأكسدة

تعتبر الرؤوس القطبية ذات أهمية حيوية لأنها تحدد الاستخدامات المتعددة التي يمكن أن تتمتع بها هذه الجزيئات داخل الجسم.

إذا كانت تمتلك ، على سبيل المثال ، مجموعة من الحلقات العطرية (بما في ذلك مشتقات الحلقة الفينولية) والحلقات القطبية القادرة على تحييد الجذور الحرة ، فسيكون هناك مضادات أكسدة برمائية ؛ وإذا كانت تفتقر أيضًا إلى التأثيرات السامة ، فسيكون هناك مضادات أكسدة جديدة متاحة في السوق.

المراجع

1. ألبرتس ب ، جونسون أ ، لويس جيه ، وآخرون. (2002). البيولوجيا الجزيئية للخلية. الطبعة الرابعة. نيويورك: جارلاند ساينس ؛ طبقة الدهون الثنائية. تم الاسترجاع من: ncbi.nlm.nih.gov
2. جيانهوا تشانغ. (2014). جزيئات برمائية. Springer-Verlag Berlin Heidelberg، E. Droli، L. Giorno (eds.)، Encyclopedia of Membranes، DOI 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1.
3. سعيد يوسف. (2019). تعريف الجزيئات Amphipathic. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com
4. لينينجر ، آل (1975). الكيمياء الحيوية. (الطبعة الثانية). وورث للنشر ، المؤتمر الوطني العراقي.
5. ماثيوز ، سي كيه ، فان هولدي ، كيه إي وأهيرن ، كي جي (2002). الكيمياء الحيوية. (الطبعة الثالثة). بيرسون أديسون وشلي.
6. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (31 مارس 2019). ما هو الفاعل بالسطح؟ تم الاسترجاع من: thinkco.com
7. دومينيكو لومباردو ، ميخائيل أ.كيسيليف ، سالفاتور ماغازو ، وبيترو كالاندرا (2015). التجميع الذاتي للمربعات: المفاهيم الأساسية ووجهات النظر المستقبلية للنهج الجزيئية الفائقة. التقدم في فيزياء المادة المكثفة ، المجلد. 2015 ، معرف المقالة 151683 ، 22 صفحة ، 2015. doi.org/10.1155/2015/151683.
8. Anankanbil S. ، Pérez B. ، Fernandes I. ، Magdalena K. Widzisz ، Wang Z. ، Mateus N. & Guo Z. (2018). مجموعة جديدة من الجزيئات البرمائية الاصطناعية المحتوية على الفينول لتطبيقات متعددة الأغراض: دراسة الخصائص الفيزيائية الكيميائية ودراسة سمية الخلية. التقارير العلمية المجلد 8 ، رقم المادة: 832.