Die Mizellen sind stabile kugelförmige Strukturen, die von Hunderten von amphipathischen Molekülen gebildet werden, dh Molekülen, die durch einen polaren (hydrophilen) und einen unpolaren Bereich (hydrophob) gekennzeichnet sind. Wie die Moleküle, aus denen sie bestehen, haben Mizellen ein stark hydrophobes Zentrum und ihre Oberfläche ist mit hydrophilen polaren Gruppen "ausgekleidet".
Sie resultieren in den meisten Fällen aus der Vermischung einer Gruppe amphipathischer Moleküle mit Wasser. Auf diese Weise können die hydrophoben Bereiche vieler Moleküle zusammen „stabilisiert“ werden, was durch den Effekt bestimmt wird hydrophob und von van der Waals-Kräften organisiert.
Das Strukturschema einer Mizelle (Quelle: Original English: SuperManu. Spanisch: AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) über Wikimedia Commons)
Sowohl Waschmittel als auch Seifen sowie bestimmte zelluläre Lipide können Mizellen bilden, die zumindest bei Tieren unter dem Gesichtspunkt der Fettabsorption und des Transports fettlöslicher Substanzen eine funktionelle Relevanz haben.
Phospholipide, eine der am häufigsten vorkommenden und wichtigsten Lipidklassen für lebende Zellen, können unter bestimmten Bedingungen neben Liposomen und Doppelschichten mizellare Strukturen bilden.
Mizellen können sich auch in einem unpolaren Medium bilden, und in diesem Fall werden sie "Umkehrmizellen" genannt, da die polaren Regionen der sie bildenden amphipathischen Moleküle im hydrophilen Zentrum "verborgen" sind, während die unpolaren Teile in direktem Kontakt mit dem Medium stehen. das enthält sie.
Struktur
Mizellen bestehen aus amphipathischen Molekülen oder mit anderen Worten aus Molekülen, die eine hydrophile Region (wasserartig, polar) und eine andere hydrophobe Region (wasserabweisend, unpolar) aufweisen.
Unter diesen Molekülen können beispielsweise Fettsäuren, Moleküle eines beliebigen Detergens und Phospholipide von Zellmembranen erwähnt werden.
Im zellulären Kontext besteht eine Mizelle üblicherweise aus Fettsäuren (variabler Länge), deren polare Carboxylgruppen der Oberfläche des Aggregats ausgesetzt sind, während die Kohlenwasserstoffketten in einem hydrophoben Zentrum "versteckt" sind, wodurch a angenommen wird mehr oder weniger kugelförmige Struktur.
Phospholipide, die andere amphipathische Moleküle sind, die für Zellen von großer Bedeutung sind, können im Allgemeinen keine Mizellen bilden, da die beiden Fettsäureketten, aus denen ihre „hydrophoben Schwänze“ bestehen, eine große Größe einnehmen und jede Formpackung erschweren. kugelförmig.
Die Bildung einer durch die wässrige Umgebung vermittelten Mizelle (Quelle: Jwleung / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) über Wikimedia Commons)
Wenn sich diese Moleküle in einem wässrigen Medium befinden, "schmiegen" sie sich stattdessen in Doppelschichten (ähnlich einem Sandwich); das heißt, in flacheren Strukturen, in denen jede der dem Medium zugewandten "Oberflächen" aus den Polköpfen der an Glycerin gebundenen Gruppen besteht und die "Füllung" des Sandwichs aus den hydrophoben Schwänzen (den veresterten Fettsäuren) besteht die anderen beiden Kohlenstoffe des Glyceringerüsts).
Ein Phospholipid kann nur dann an der Bildung einer Mizelle teilnehmen, wenn eine seiner beiden Fettsäureketten durch Hydrolyse entfernt wird.
Organisation
Wie erwähnt, bindet das "Zentrum" in einer Mizelle die unpolaren Teile der Moleküle, aus denen sie bestehen, und isoliert sie vom Wasser.
Der zentrale Bereich einer Mizelle besteht somit aus einer stark ungeordneten Umgebung mit flüssigkeitsähnlichen Eigenschaften, in der das Radiusmaß zwischen 10 und 30% geringer ist als das der vollständig ausgedehnten Ketten nicht amphipathischer Moleküle. assoziiert mit dem molekularen Komplex.
Ebenso ist die Oberfläche einer Mizelle nicht homogen, sondern "rau" und heterogen, wobei einige Kernspinresonanzstudien zeigen, dass nur ein Drittel von den polaren Anteilen der Monomerbestandteile bedeckt ist.
Funktion
Mizellen haben sowohl in der Natur als auch in der Industrie und in der Forschung sehr wichtige Funktionen.
In Bezug auf ihre Funktionen in der Natur sind diese Molekülaggregate besonders wichtig für die intestinale Absorption von Fetten (Monoglyceriden und Fettsäuren), da aus den mit der Nahrung aufgenommenen Fettmolekülen Mizellen unterschiedlicher Größe und Zusammensetzung gebildet und zu den transportiert werden können innerhalb der Zellen der Darmschleimhaut, wodurch ihre Absorption möglich wird.
Mizellen wirken auch beim Transport von Cholesterin (einer anderen Klasse von zellulären Lipiden), das über die Nahrung aufgenommen wird, und einiger sogenannter „fettlöslicher“ Vitamine, weshalb sie auch pharmakologisch für den Transport und die Verabreichung von Arzneimitteln mit unpolaren Eigenschaften genutzt werden.
Die Waschmittel und Seifen, die täglich zur persönlichen Hygiene oder zur Reinigung verschiedener Arten von Oberflächen verwendet werden, bestehen aus Lipidmolekülen, die in wässriger Lösung Mizellen bilden können.
Diese Mizellen verhalten sich wie winzige Kugeln in einem Lager und verleihen Seifenlösungen ihre rutschige Konsistenz und Schmiereigenschaften. Die Wirkung der meisten Waschmittel hängt stark von ihrer Fähigkeit ab, Mizellen zu produzieren.
Bei der Erforschung und Untersuchung von Membranproteinen werden beispielsweise Detergenzien verwendet, um die Zelllysate der Lipide, die die charakteristischen Doppelschichten von Membranen bilden, zu "reinigen" sowie die integralen Membranproteine von den hydrophoben Komponenten zu trennen. von diesem.
Ausbildung
Um die Bildung von Mizellenstrukturen, insbesondere in Detergenzien, zu verstehen, muss ein etwas abstraktes Konzept berücksichtigt werden: die kritische Mizellenkonzentration oder CMC.
Die kritische Mizellenkonzentration ist die Konzentration amphipathischer Moleküle, bei der sich Mizellen zu bilden beginnen. Es ist ein Referenzwert, oberhalb dessen eine Erhöhung der Konzentration dieser Moleküle nur mit einer Erhöhung der Anzahl der Mizellen endet und unterhalb dessen diese bevorzugt in Schichten auf der Oberfläche des sie enthaltenden wässrigen Mediums organisiert sind. .
Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen einer Mizelle und einer durch Phospholipide gebildeten Doppelschicht (Quelle: 31. März 2003 in: Benutzer: Stephen Gilbert, 31. März 2003 in: Benutzer: Stephen Gilbert, 27. Dezember 2004 in: Benutzer: Quadell, Übersetzung Benutzer: imartin6 / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) über Wikimedia Commons)
Somit ist die Bildung von Mizellen eine direkte Folge der "Amphiphilität" von Tensiden und hängt stark von ihren strukturellen Eigenschaften ab, insbesondere von der Form- und Größenbeziehung zwischen der polaren und der unpolaren Gruppe.
In diesem Sinne wird die Bildung von Mizellen bevorzugt, wenn die Querschnittsfläche der polaren Gruppe viel größer ist als die der unpolaren Gruppe, wie dies bei freien Fettsäuren, bei Lysophospholipiden und bei Detergenzien wie Natriumdodecylsulfat ( Sicherheitsdatenblatt).
Zwei weitere Parameter, von denen die Mizellenbildung abhängt, sind:
- Temperatur: Es wurde auch die kritische Mizellentemperatur (CMT) definiert, bei der die Bildung von Mizellen bevorzugt wird
- Ionenstärke: Dies ist vor allem für Waschmittel oder Tenside vom ionischen Typ (deren polare Gruppe eine Ladung hat) relevant.
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