As micelas são estruturas esféricas estáveis formadas por centenas de moléculas anfipáticas, ou seja, moléculas que se caracterizam por uma região polar (hidrofílica) e apolar (hidrofóbica). Assim como as moléculas que as compõem, as micelas possuem um centro fortemente hidrofóbico e sua superfície é "alinhada" com grupos polares hidrofílicos.
Resultam, na maioria dos casos, da mistura de um grupo de moléculas anfipáticas com água, portanto é uma forma de “estabilizar” as regiões hidrofóbicas de muitas moléculas juntas, fato que é impulsionado pelo efeito hidrofóbico e organizado pelas forças de van der Waals.
O esquema estrutural de uma micela (Fonte: Inglês original: SuperManu. Espanhol: AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)
Tanto os detergentes quanto os sabões, assim como certos lipídios celulares, podem formar micelas, que têm relevância funcional, pelo menos em animais, do ponto de vista da absorção de gordura e do transporte de substâncias lipossolúveis.
Os fosfolipídios, uma das classes de lipídios mais abundantes e importantes para as células vivas, sob certas condições podem formar, além dos lipossomas e bicamadas, estruturas micelares.
As micelas também podem ser formadas em um meio apolar e, nesse caso, são chamadas de "micelas reversas", uma vez que as regiões polares das moléculas anfipáticas que as formam ficam "escondidas" no centro hidrofílico enquanto as porções apolares estão em contato direto com o meio. que os contém.
Estrutura
As micelas são constituídas por moléculas anfipáticas ou, em outras palavras, moléculas que possuem uma região hidrofílica (tipo água, polar) e outra região hidrofóbica (repelente de água, apolar).
Entre essas moléculas podem ser mencionados ácidos graxos, moléculas de qualquer detergente e fosfolipídios de membranas celulares, por exemplo.
No contexto celular, uma micela é comumente composta por ácidos graxos (de comprimento variável), cujos grupos carboxila polares estão expostos em direção à superfície do agregado, enquanto as cadeias de hidrocarbonetos estão "escondidas" em um centro hidrofóbico, adotando assim um estrutura mais ou menos esférica.
Os fosfolipídios, outras moléculas anfipáticas de grande importância para as células, geralmente são incapazes de formar micelas, pois as duas cadeias de ácidos graxos que compõem suas "caudas hidrofóbicas" ocupam um tamanho grande e dificultam qualquer forma de embalagem. esférico.
A formação de uma micela mediada pelo ambiente aquoso (Fonte: Jwleung / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
Em vez disso, quando essas moléculas estão em um meio aquoso, elas se "aninham" em bicamadas (semelhantes a um sanduíche); ou seja, em estruturas mais planas, onde cada uma das "superfícies" expostas ao meio é composta pelas cabeças polares dos grupos ligados ao glicerol e o "recheio" do sanduíche consiste nas caudas hidrofóbicas (os ácidos graxos esterificados a os outros dois carbonos do esqueleto do glicerol).
A única maneira pela qual um fosfolipídeo pode participar da formação de uma micela é possível quando uma de suas duas cadeias de ácidos graxos é removida por hidrólise.
Organização
Em uma micela, como mencionado, o "centro" sequestra as porções não polares das moléculas que as compõem e as isola da água.
A região central de uma micela consiste, portanto, em um ambiente altamente desordenado, com características fluidas, em que a medição do raio é entre 10 e 30% menor do que a das cadeias totalmente estendidas de moléculas não anfipáticas. associado ao complexo molecular.
Da mesma forma, a superfície de uma micela não é homogênea, mas sim "áspera" e heterogênea, da qual alguns estudos de ressonância magnética nuclear indicam que apenas um terço é coberto pelas porções polares dos monômeros constituintes.
Função
As micelas têm funções muito significativas, tanto na natureza quanto na indústria e na pesquisa.
Em relação às suas funções na natureza, esses agregados moleculares são particularmente importantes para a absorção intestinal de gorduras (monoglicerídeos e ácidos graxos), uma vez que micelas de diferentes tamanhos e composições podem ser formadas a partir das moléculas de gordura ingeridas com os alimentos e transportá-las para o no interior das células do revestimento intestinal, possibilitando sua absorção.
As micelas também atuam no transporte do colesterol (outra classe de lipídios celulares) adquirido com a dieta e de algumas vitaminas ditas “lipossolúveis”, razão pela qual também são exploradas farmacologicamente para o transporte e administração de medicamentos com características apolares.
Os detergentes e sabonetes usados diariamente para higiene pessoal ou para limpeza de diferentes tipos de superfícies são compostos por moléculas lipídicas capazes de formar micelas quando em solução aquosa.
Essas micelas se comportam como pequenas bolas em um rolamento, dando às soluções com sabão sua consistência escorregadia e propriedades lubrificantes. A ação da maioria dos detergentes é altamente dependente de sua capacidade de produzir micelas.
Na pesquisa e no estudo de proteínas de membrana, por exemplo, os detergentes são usados para "limpar" os lisados celulares dos lipídios que formam as bicamadas características das membranas, bem como para separar as proteínas integrais da membrana dos componentes hidrofóbicos. disto.
Treinamento
Para entender a formação de estruturas micelares, especialmente em detergentes, é necessário levar em consideração um conceito um tanto abstrato: a concentração micelar crítica ou CMC.
A concentração micelar crítica é aquela concentração de moléculas anfipáticas na qual as micelas começam a se formar. É um valor de referência acima do qual um aumento na concentração dessas moléculas só terminará com o aumento do número de micelas, e abaixo do qual estas se organizam preferencialmente em camadas na superfície do meio aquoso que as contém..
Diferenças e semelhanças entre uma micela e uma bicamada formada por fosfolipídios (Fonte: 31 de março de 2003 em: Usuário: Stephen Gilbert, 31 de março de 2003 em: Usuário: Stephen Gilbert, 27 de dezembro de 2004 em: Usuário: Quadell, tradução Usuário: imartin6 / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) via Wikimedia Commons)
Assim, a formação de micelas é uma consequência direta da "anfifilicidade" dos surfactantes e é altamente dependente de suas características estruturais, principalmente da relação forma e tamanho entre os grupos polares e apolares.
Nesse sentido, a formação de micelas é favorecida quando a área da seção transversal do grupo polar é muito maior do que a do grupo apolar, como ocorre com os ácidos graxos livres, com os lisofosfolipídeos e com detergentes como o dodecilsulfato de sódio (SDS).
Dois outros parâmetros dos quais a formação de micelas depende são:
- Temperatura: também foi definida a temperatura micelar crítica (CMT), que é a temperatura acima da qual se favorece a formação de micelas
- Força iônica: que é relevante, sobretudo, para detergentes ou surfactantes do tipo iônico (cujo grupo polar tem carga)
Referências
- Hassan, PA, Verma, G., & Ganguly, R. (2011). 1 Materiais macios À Propriedades e aplicativos. Materiais Funcionais: Preparação, Processamento e Aplicações, 1.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Biologia celular molecular. Macmillan.
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- Nelson, DL e Cox, MM (2009). Princípios de Lehninger de bioquímica (pp. 71-85). Nova York: WH Freeman.
- Tanford, C. (1972). Forma e tamanho da micela. The Journal of Physical Chemistry, 76 (21), 3020-3024.
- Zhang, Y., Cao, Y., Luo, S., Mukerabigwi, JF, & Liu, M. (2016). Nanopartículas como sistemas de liberação de drogas de terapia combinada para o câncer. Em Nanobiomaterials in Cancer Therapy (pp. 253-280). William Andrew Publishing.