Các mixen là những cấu trúc hình cầu ổn định được hình thành bởi hàng trăm phân tử lưỡng tính, tức là, các phân tử được đặc trưng bởi một vùng phân cực (ưa nước) và không phân cực (kỵ nước). Giống như các phân tử cấu tạo nên chúng, các mixen có tâm kỵ nước mạnh và bề mặt của chúng được "lót" bằng các nhóm phân cực ưa nước.
Trong hầu hết các trường hợp, chúng dẫn đến việc trộn một nhóm các phân tử lưỡng tính với nước, do đó, đó là một cách “ổn định” các vùng kỵ nước của nhiều phân tử với nhau, một thực tế là do hiệu ứng kỵ nước và được tổ chức bởi lực van der Waals.
Sơ đồ cấu trúc của micelle (Nguồn: Bản gốc tiếng Anh: SuperManu. Tiếng Tây Ban Nha: AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) qua Wikimedia Commons)
Cả chất tẩy rửa và xà phòng, cũng như một số lipid tế bào, có thể tạo thành các mixen, có liên quan về chức năng, ít nhất là ở động vật, theo quan điểm hấp thụ chất béo và vận chuyển các chất hòa tan trong chất béo.
Phospholipid, một trong những lớp lipid phong phú và quan trọng nhất đối với tế bào sống, trong những điều kiện nhất định có thể hình thành, ngoài liposome và lớp kép, cấu trúc micellar.
Các mixen cũng có thể hình thành trong môi trường cực lạc và trong trường hợp này chúng được gọi là "mixen ngược", vì các vùng cực của các phân tử lưỡng cực hình thành nên chúng "ẩn" trong trung tâm ưa nước trong khi các phần apolar tiếp xúc trực tiếp với môi trường. chứa chúng.
Kết cấu
Micelles được tạo thành từ các phân tử lưỡng tính hay nói cách khác là các phân tử có một vùng ưa nước (giống nước, phân cực) và một vùng kỵ nước khác (không thấm nước, không phân cực).
Trong số các phân tử này có thể kể đến axit béo, phân tử của bất kỳ chất tẩy rửa nào và phospholipid của màng tế bào chẳng hạn.
Trong bối cảnh tế bào, một micelle thường bao gồm các axit béo (có độ dài thay đổi), có các nhóm cacboxyl phân cực tiếp xúc với bề mặt của tập hợp, trong khi các chuỗi hydrocacbon được "ẩn" trong một trung tâm kỵ nước, do đó có một cấu trúc hình cầu nhiều hay ít.
Phospholipid, là các phân tử lưỡng tính khác có tầm quan trọng lớn đối với tế bào, nói chung không có khả năng hình thành mixen, vì hai chuỗi axit béo tạo nên “đuôi kỵ nước” của chúng chiếm kích thước lớn và làm cho việc đóng gói ở bất kỳ dạng nào cũng khó khăn. hình cầu.
Sự hình thành micelle do môi trường nước làm trung gian (Nguồn: Jwleung / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) qua Wikimedia Commons)
Thay vào đó, khi các phân tử này ở trong môi trường nước, chúng "nép mình" thành các lớp kép (tương tự như bánh sandwich); nghĩa là, trong cấu trúc phẳng hơn, trong đó mỗi "bề mặt" tiếp xúc với môi trường bao gồm các đầu phân cực của các nhóm gắn với glycerol và "phần lấp đầy" của bánh sandwich bao gồm các đuôi kỵ nước (các axit béo được este hóa thành hai nguyên tử khác của khung glixerol).
Cách duy nhất để một phospholipid có thể tham gia vào quá trình hình thành micelle là khi một trong hai chuỗi axit béo của nó bị loại bỏ bằng cách thủy phân.
Cơ quan
Trong một micelle, như đã đề cập, "trung tâm" cô lập các phần không phân cực của các phân tử tạo thành chúng và cô lập chúng khỏi nước.
Khi đó, vùng trung tâm của một micelle bao gồm một môi trường rất rối loạn, với các đặc điểm giống như chất lỏng, trong đó số đo bán kính nhỏ hơn từ 10 đến 30% so với các chuỗi phân tử không lưỡng cực kéo dài đầy đủ. liên kết với phức hợp phân tử.
Tương tự như vậy, bề mặt của micelle không đồng nhất mà khá "thô" và không đồng nhất, trong đó một số nghiên cứu cộng hưởng từ hạt nhân chỉ ra rằng chỉ một phần ba được bao phủ bởi các phần cực của các monome cấu thành.
Chức năng
Micelles có những chức năng rất quan trọng, cả trong tự nhiên, công nghiệp và nghiên cứu.
Về chức năng của chúng trong tự nhiên, những tập hợp phân tử này đặc biệt quan trọng đối với sự hấp thu chất béo (monoglycerid và axit béo) của ruột, vì các mixen có kích thước và thành phần khác nhau có thể được hình thành từ các phân tử béo được ăn vào cùng với thức ăn và vận chuyển chúng đến bên trong các tế bào của niêm mạc ruột, làm cho khả năng hấp thụ của chúng.
Micelles cũng có chức năng vận chuyển cholesterol (một loại lipid khác của tế bào) thu được qua chế độ ăn uống và một số cái gọi là vitamin “tan trong chất béo”, đó là lý do tại sao chúng cũng được khai thác về mặt dược lý để vận chuyển và sử dụng các loại thuốc có đặc tính không phân cực.
Các chất tẩy rửa và xà phòng được sử dụng hàng ngày để vệ sinh cá nhân hoặc để làm sạch các loại bề mặt khác nhau được cấu tạo từ các phân tử lipid có khả năng hình thành các mixen khi chúng ở trong dung dịch nước.
Các mixen này hoạt động giống như những quả bóng nhỏ trong ổ trục, tạo cho dung dịch xà phòng độ trơn và đặc tính bôi trơn của chúng. Hoạt động của hầu hết các chất tẩy rửa phụ thuộc nhiều vào khả năng tạo ra các mixen của chúng.
Trong nghiên cứu và nghiên cứu về protein màng, ví dụ, chất tẩy rửa được sử dụng để "làm sạch" các chất ly giải của tế bào tạo thành các lớp kép đặc trưng của màng, cũng như để tách các protein màng nguyên vẹn khỏi các thành phần kỵ nước. điều này.
Đào tạo
Để hiểu sự hình thành của cấu trúc micellar, đặc biệt là trong chất tẩy rửa, cần phải tính đến một khái niệm hơi trừu tượng: nồng độ micellar tới hạn hoặc CMC.
Nồng độ micellar quan trọng là nồng độ của các phân tử lưỡng tính mà tại đó các micelle bắt đầu hình thành. Đây là giá trị tham chiếu mà trên đó sự gia tăng nồng độ của các phân tử này sẽ chỉ kết thúc với sự gia tăng số lượng các mixen, và dưới đó các mixen này được ưu tiên tổ chức thành các lớp trên bề mặt của môi trường nước có chứa chúng. .
Sự khác biệt và giống nhau giữa micelle và một lớp kép được hình thành bởi phospholipid (Nguồn: 31 tháng 3 năm 2003 tại: Người dùng: Stephen Gilbert, ngày 31 tháng 3 năm 2003 tại: Người dùng: Stephen Gilbert, ngày 27 tháng 12 năm 2004 trong: Người dùng: Quadell, bản dịch Người dùng: imartin6 / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) qua Wikimedia Commons)
Do đó, sự hình thành các mixen là hệ quả trực tiếp của "tính đa dạng" của các chất hoạt động bề mặt và phụ thuộc nhiều vào đặc điểm cấu trúc của chúng, đặc biệt là mối quan hệ về hình dạng và kích thước giữa các nhóm cực và nhóm cực.
Theo nghĩa này, sự hình thành các mixen được ưu tiên khi diện tích mặt cắt ngang của nhóm cực lớn hơn nhiều so với diện tích của nhóm cực, như xảy ra với các axit béo tự do, với lysophospholipid và với chất tẩy rửa như natri dodecyl sulfat ( SDS).
Hai thông số khác mà sự hình thành micelle phụ thuộc là:
- Nhiệt độ: nhiệt độ micellar tới hạn (CMT) cũng đã được xác định, là nhiệt độ mà trên đó sự hình thành các mixen được ưu tiên
- Cường độ ion: có liên quan, trên hết, đối với chất tẩy rửa hoặc chất hoạt động bề mặt loại ion (mà nhóm phân cực có điện tích)
Người giới thiệu
- Hassan, PA, Verma, G., & Ganguly, R. (2011). 1 Vật liệu mềm à Tính chất và ứng dụng. Vật liệu chức năng: Chuẩn bị, Chế biến và Ứng dụng, 1.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Sinh học phân tử tế bào. Macmillan.
- Luckey, M. (2014). Sinh học cấu trúc màng: với các cơ sở lý hóa và lý sinh. Nhà xuất bản Đại học Cambridge.
- Nelson, DL & Cox, MM (2009). Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh (trang 71-85). New York: WH Freeman.
- Tanford, C. (1972). Hình dạng và kích thước micelle. Tạp chí Hóa lý, 76 (21), 3020-3024.
- Zhang, Y., Cao, Y., Luo, S., Mukerabigwi, JF, & Liu, M. (2016). Các hạt nano như hệ thống phân phối thuốc của liệu pháp phối hợp điều trị ung thư. Trong Vật liệu sinh học nano trong Liệu pháp Ung thư (trang 253-280). Nhà xuất bản William Andrew.