Le micelle sono strutture sferiche stabili formate da centinaia di molecole anfipatiche, cioè molecole caratterizzate da una regione polare (idrofila) e non polare (idrofobica). Come le molecole che le compongono, le micelle hanno un centro fortemente idrofobo e la loro superficie è "rivestita" di gruppi polari idrofili.
Sono il risultato, nella maggior parte dei casi, della miscelazione di un gruppo di molecole anfipatiche con l'acqua, quindi è un modo per "stabilizzare" le regioni idrofobiche di molte molecole insieme, un fatto che è guidato dall'effetto idrofobo e organizzato dalle forze di van der Waals.
Lo schema strutturale di una micella (Fonte: inglese originale: SuperManu. Spagnolo: AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) tramite Wikimedia Commons)
Sia i detergenti che i saponi, così come alcuni lipidi cellulari, possono formare micelle, che hanno rilevanza funzionale, almeno negli animali, dal punto di vista dell'assorbimento dei grassi e del trasporto delle sostanze liposolubili.
I fosfolipidi, una delle classi di lipidi più abbondanti e importanti per le cellule viventi, in determinate condizioni possono formare, oltre ai liposomi e ai doppi strati, strutture micellari.
Le micelle possono anche essere formate in un mezzo apolare e in tal caso vengono chiamate "micelle inverse", poiché le regioni polari delle molecole anfipatiche che le formano sono "nascoste" nel centro idrofilo mentre le porzioni apolari sono a diretto contatto con il mezzo. che li contiene.
Struttura
Le micelle sono costituite da molecole anfipatiche o, in altre parole, da molecole che hanno una regione idrofila (simile all'acqua, polare) e un'altra regione idrofobica (idrorepellente, apolare).
Tra queste molecole si possono citare acidi grassi, molecole di qualsiasi detergente e fosfolipidi delle membrane cellulari, per esempio.
Nel contesto cellulare, una micella è comunemente composta da acidi grassi (di lunghezza variabile), i cui gruppi carbossilici polari sono esposti verso la superficie dell'aggregato, mentre le catene idrocarburiche sono “nascoste” in un centro idrofobo, adottando così una struttura più o meno sferica.
I fosfolipidi, che sono altre molecole anfipatiche di grande importanza per le cellule, sono generalmente incapaci di formare micelle, poiché le due catene di acidi grassi che compongono le loro “code idrofobe” occupano grandi dimensioni e rendono difficile qualsiasi impaccamento della forma. sferica.
La formazione di una micella mediata dall'ambiente acquoso (Fonte: Jwleung / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) tramite Wikimedia Commons)
Invece, quando queste molecole sono in un mezzo acquoso, si "annidano" in doppi strati (simili a un sandwich); cioè, nelle strutture più piatte, dove ciascuna delle "superfici" esposte verso il mezzo è composta dalle teste polari dei gruppi attaccati al glicerolo e il "riempimento" del sandwich è costituito dalle code idrofobe (gli acidi grassi esterificati a gli altri due atomi di carbonio dello scheletro di glicerolo).
L'unico modo in cui è possibile che un fosfolipide partecipi alla formazione di una micella è quando una delle sue due catene di acidi grassi viene rimossa per idrolisi.
Organizzazione
In una micella, come detto, il "centro" sequestra le porzioni non polari delle molecole che le compongono e le isola dall'acqua.
La regione centrale di una micella è quindi costituita da un ambiente altamente disordinato, con caratteristiche fluide, in cui la misura del raggio è tra il 10 e il 30% inferiore a quella delle catene completamente estese di molecole non anfipatiche. associato al complesso molecolare.
Allo stesso modo, la superficie di una micella non è omogenea ma piuttosto "ruvida" ed eterogenea, di cui alcuni studi di risonanza magnetica nucleare indicano che solo un terzo è coperto dalle porzioni polari dei monomeri costituenti.
Funzione
Le micelle hanno funzioni molto significative, sia in natura che nell'industria e nella ricerca.
Per quanto riguarda le loro funzioni in natura, questi aggregati molecolari sono particolarmente importanti per l'assorbimento intestinale dei grassi (monogliceridi e acidi grassi), poiché dalle molecole di grasso ingerite con il cibo si possono formare micelle di diverse dimensioni e composizioni e trasportarle al all'interno delle cellule del rivestimento intestinale, rendendo possibile il loro assorbimento.
Le micelle funzionano anche nel trasporto del colesterolo (altra classe di lipidi cellulari) acquisito attraverso la dieta e di alcune vitamine cosiddette “liposolubili”, motivo per cui vengono sfruttate farmacologicamente anche per il trasporto e la somministrazione di farmaci con caratteristiche apolari.
I detersivi e saponi utilizzati quotidianamente per l'igiene personale o per la pulizia di diversi tipi di superfici sono composti da molecole lipidiche in grado di formare micelle quando sono in soluzione acquosa.
Queste micelle si comportano come minuscole palline in un cuscinetto, conferendo alle soluzioni saponose la loro consistenza scivolosa e le proprietà lubrificanti. L'azione della maggior parte dei detergenti dipende fortemente dalla loro capacità di produrre micelle.
Nella ricerca e studio delle proteine di membrana, ad esempio, vengono utilizzati detergenti per "purificare" i lisati cellulari dei lipidi che formano i caratteristici doppi strati delle membrane, nonché per separare le proteine integrali di membrana dai componenti idrofobici. di questo.
Formazione
Per comprendere la formazione delle strutture micellari, soprattutto nei detergenti, è necessario tenere conto di un concetto alquanto astratto: la concentrazione micellare critica o CMC.
La concentrazione micellare critica è quella concentrazione di molecole anfipatiche alla quale iniziano a formarsi le micelle. È un valore di riferimento al di sopra del quale un aumento della concentrazione di queste molecole terminerà solo con un aumento del numero di micelle, e al di sotto del quale queste sono preferenzialmente organizzate in strati sulla superficie del mezzo acquoso che le contiene. .
Differenze e somiglianze tra una micella e un doppio strato formato da fosfolipidi (Fonte: 31 marzo 2003 in: Utente: Stephen Gilbert, 31 marzo 2003 in: Utente: Stephen Gilbert, 27 dicembre 2004 in: Utente: Quadell, traduzione Utente: imartin6 / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) tramite Wikimedia Commons)
Pertanto, la formazione di micelle è una conseguenza diretta della "anfifilicità" dei tensioattivi ed è fortemente dipendente dalle loro caratteristiche strutturali, in particolare dalla relazione di forma e dimensione tra i gruppi polari e apolari.
In questo senso, la formazione di micelle è favorita quando l'area della sezione trasversale del gruppo polare è molto maggiore di quella del gruppo apolare, come avviene con gli acidi grassi liberi, con i lisofosfolipidi e con detergenti come il dodecil solfato di sodio ( SDS).
Altri due parametri da cui dipende la formazione delle micelle sono:
- Temperatura: è stata definita anche la temperatura micellare critica (CMT), ovvero la temperatura al di sopra della quale si favorisce la formazione di micelle
- Forza ionica: rilevante soprattutto per detergenti o tensioattivi di tipo ionico (il cui gruppo polare ha una carica)
Riferimenti
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