Les micel·les són estructures esfèriques estables formades per centenars de molècules anfipáticas, és a dir, molècules que es caracteritzen per tenir una regió polar (hidrofílica) i una apolar (hidrofòbica). Així com les molècules que les componen, les micel·les tenen un centre fortament hidrofòbic i la seva superfície està "entapissada" amb grups polars hidrofílics.
Resulten, en la majoria dels casos, de la barreja d'un grup de molècules anfipàtiques amb l'aigua, de manera que es tracta d'una forma de "estabilitzar" les regions hidrofòbiques de moltes molècules en conjunt, fet que és impulsat per l'efecte hidrofòbic i organitzat per forces de van der Waals.
L'esquema estructural d'una micel·la (Font: Original English: SuperManu. Spanish: AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)
Tant els detergents i sabons, així com certs lípids cel·lulars, poden formar micel·les, les quals tenen rellevància funcional, al menys en els animals, des del punt de vista de l'absorció de greixos i el transport de substàncies liposolubles.
Els fosfolípids, una de les classes de lípids més abundant i important per a les cèl·lules vives, sota certes condicions poden formar, a més de liposomes i bicapes, unes estructures micelars.
Les micel·les també poden formar-se en un mitjà apolar i en aquest cas es denominen "micel·les reverses", ja que les regions polars de les molècules anfipàtiques que les formen es "amaguen" al centre hidrofílic mentre les porcions apolars estan en contacte directe amb el medi que les conté.
estructura
Les micel·les estan formades per molècules anfipáticas o, en altres paraules, per molècules que tenen una regió hidrofílica (afí a l'aigua, polar) i una altra regió hidrofòbica (que repel·leix l'aigua, apolar).
Entre aquestes molècules poden esmentar-se els àcids grassos, les molècules de qualsevol detergent i els fosfolípids de les membranes cel·lulars, per exemple.
En el context mòbil, una micel·la està comunament composta per àcids grassos (de longitud variable), els grups carboxils polars s'exposen cap a la superfície de l'agregat, mentre que les cadenes hidrocarbonades es "amaguen" en un centre hidrofòbic, de manera que adopten una estructura més o menys esfèrica.
Els fosfolípids, que són altres molècules anfipáticas de gran importància per a les cèl·lules, generalment són incapaços de formar micel·les, ja que les dues cadenes d'àcids grassos que conformen els seus "cues hidrofòbiques" ocupen grans dimensions i fan difícil la possibilitat de qualsevol empaquetament de forma esfèrica.
La formació d'una micel·la intervinguda per l'entorn aquós (Font: Jwleung / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
En el seu lloc, quan aquestes molècules es troben en un medi aquós, les mateixes es "s'acomoden" en bicapes (de forma similar a un sandvitx); és a dir, en estructures més planes, on cada una de les "superfícies" exposada pel medi està composta pels caps polars dels grups units a l'glicerol i el "farcit" de l'sandvitx consisteix en les cues hidrofòbiques (els àcids grassos esterificats a els altres dos carbonis de l'esquelet de glicerol).
L'única forma en la qual és possible que un fosfolípid participi en la formació d'una micel·la és quan una de les seves dues cadenes d'àcids grassos és remoguda per hidròlisi.
organització
En una micel·la, com s'ha comentat, el "centre" segresta les porcions apolars de les molècules que les componen i les aïlla de l'aigua.
La regió central d'una micel·la consisteix, llavors, en un ambient summament desordenat, amb característiques tipus-fluid, en el qual la mesura de el radi és entre un 10 i un 30% menor que la de les cadenes completament esteses de les molècules anfipáticas no associades amb el complex molecular.
Així mateix, la superfície d'una micel·la no és homogènia sinó més aviat "rugosa" i heterogènia, de la qual alguns estudis de ressonància magnètica nuclear indiquen que només un terç està coberta per les porcions polars dels monòmers constituents.
funció
Les micel·les tenen funcions molt significatives, tant en la naturalesa com en la indústria i en la investigació.
Respecte a les seves funcions en la naturalesa, aquests agregats moleculars són particularment importants per a l'absorció intestinal de greixos (monoglicèrids i àcids grassos), ja que micel·les de diferents mides i composicions poden formar-se a partir de les molècules greixoses ingerides amb els aliments i transportar-cap al interior de les cèl·lules de l'revestiment intestinal, fent possible la seva absorció.
Les micel·les també funcionen en el transport de colesterol (una altra classe de lípid cel·lular) adquirit amb la dieta i d'algunes vitamines denominades "liposolubles", raó per la qual també són explotades farmacològicament per al transport i l'administració de drogues amb característiques apolars.
Els detergents i sabons empleats quotidianament per la neteja personal o per a la neteja de diferents tipus de superfícies estan compostos per molècules lipídiques capaços de formar micel·les quan es troben en una solució aquosa.
Aquestes micel·les es comporten com les boles diminutes d'un rodament, el que els dóna a les solucions sabonoses la consistència resbalosa i les propietats lubricants. L'acció de la major part dels detergents depèn considerablement de la seva capacitat per produir micel·les.
En la investigació i l'estudi de proteïnes de membrana, per exemple, els detergents són emprats per "depurar" els lisats cel·lulars dels lípids que formen les bicapes característiques de les membranes, així com per a separar les proteïnes integrals de membrana dels components hidrofòbics d'aquestes.
formació
Per comprendre la formació de les estructures micelars, especialment en els detergents, cal tenir en compte un concepte una mica abstracte: la concentració micel·lar crítica o CMC.
La concentració micel·lar crítica és aquella concentració de molècules anfipàtiques a la qual comencen a formar-se les micel·les. Es tracta d'un valor de referència per sobre de el qual un augment en la concentració d'aquestes molècules només acabarà amb un augment en el nombre de micel·les, i per sota d'qual aquestes s'organitzen preferencialment en capes sobre la superfície de l'medi aquós que els conté.
Diferències i semblances entre una micel·la i una bicapa formada per fosfolípids (Font: 31 March 2003 a: User: Stephen Gilbert, 31 March 2003 en: User: Stephen Gilbert, 27 December 2004 en: User: Quadell, traducció User: imartin6 / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) via Wikimedia Commons)
Així doncs, la formació de micel és una conseqüència directa de la "anfifilicidad" dels surfactants i depèn enormement de les característiques estructurals d'aquests, sobretot de la forma i de la relació de mida entre el grup polar i el apolar.
En aquest sentit, la formació de micel és afavorida quan l'àrea de secció transversal de el grup polar és molt més gran que el de el grup apolar, com passa amb els àcids grassos lliures, amb els lisofosfolípidos i amb detergents com el dodecil sulfat de sodi (SDS).
Dos paràmetres de què depèn la formació de micel són:
- La temperatura: també s'ha definit la temperatura micel·lar crítica (CMT, de l'anglès critical micellar temperature) que és aquella temperatura per sobre de la qual s'afavoreix la formació de micel·les
- La força iònica: que és rellevant, sobretot, per als detergents o surfactants de tipus iònic (el grup polar posseeix una càrrega)
referències
- Hassan, PA, Verma, G., & Ganguly, R. (2011). 1 Soft Materials À Properties and Applications. Functional Materials: Preparation, Processing and Applications, 1.
- Lodish et, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Molecular cell biology. Macmillan.
- Luckey, M. (2014). Membrane structural biology: with biochemical and biophysical foundations. Cambridge University Press.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger principles of biochemistry (pp. 71-85). New York: WH Freeman.
- Tanford, C. (1972). Micelle shape and size. The Journal of Physical Chemistry, 76 (21), 3020-3024.
- Zhang, Y., Cao, I., Luo, S., Mukerabigwi, JF, & Liu, M. (2016). Nanoparticles es drug delivery systems of combination therapy for cancer. In Nanobiomaterials in Cancer Therapy (pp. 253-280). William Andrew Publishing.