Autoagregación de anfifilos

Les membranes celulars es autoagregan a partir de forces químiques, a continuació es profundisarà sobre cóm estes forces impulsen la autoagregación.

Si es té una mescla d'aigua i oli, es nota una separació entre estes dos substàncies a pesar de que hi ha un increment superficial. L'explicació a este fenomen, és que les molècules d'aigua són atretes per l'oli, l'interfaç oli-aigua trenca els ponts d'hidrogen de tal forma que les gotes d'aigua s'agrupen reduint la seua àrea superficial. Existixen substàncies com la mahonesa, que es componen de la mescla d'aigua i oli i no obstant, no hi ha separació entre aigua – oli, este fet radica, en l'existència de substàncies que estabilisen les suspensions d'oli en aigua i reben el nom de emulsificantes o tensioactivos.

L'estructura molecular d'un tensioactivo està compost d'un costat hidrofòbic i un hidrofilico, el primer està constituït d'una cadena d'hidrocarburs, mentres el segon, és polar i correspon a un ion. A les molècules estructurades per l'unió d'estes dos parts se'ls denomina, anfifilios i, normalment les parts es repartirien cap a la fase oleica i acuosa en la mescla d'oli-aigua. No obstant no hi ha separació entre el cap i la coa posat que estan unides per Enllaç químic, en la figura 1 es mostra l'estructura d'una classe de molècula de Fosfolípit.

En introduir el tensioactivo en la mescla aigua-oli, les molècules que ho componen satisfan espontàneament a les seues dos mitats, ubicant-se en l'interfaç oli-aigua. Com s'observa en la figura 2, el cap polar toca l'aigua i les no polars l'oli i, just en l'interfaç al anfifilo minimisa la seua energia lliure rebaixant l'energia superficial retardant la fundició de gotetes.

Les micelas es autoagregan súbitamente en aplegar a una concentració crítica

Tenint en conte que un tensioactivo en una mescla aigua-oli s'ubica o migra a l'interfaç, ¿qué succeiria si tinc un tensioactivo sol en aigua? i ¿qué ocorreria en les seues coes hidrofòbiques? La resposta a estes preguntes, és que estos tensioactivos s'agruparien en una Micela, una esfera formada per poques molècules de tamany òptim i ben definides a escala molecular. En esta posició els caps s'expondrien a l'aigua, mentres les seues coes apolares no s'exhibixen a l'entorn, vore figura 3.

En configurar-se en una Micela, hi ha pèrdua d'entropía i cada molècula no es podria orientar en qualsevol posició. Aixina la força química que du a la autoagregación és l'efecte hidrofòbic, una força entrópica.

McBain en 1913, ya havia donat conte de l'existència de micela ben definides, realisant estudis quantitatius de les dissolució jabonosas. Es va trobar, que parar dissolució molt diluïdes, la pressió osmótica reproduïa el número total de ions anfifílicos (com es mostra en la figura 4 en els símbols negres) tal com ocorre en la sal.

Anàlisis posteriors a partir de la figura 4, varen dur a la definició de concentració micelar crítica CMC, que explica com la raó entre els objectes mòvils i el conjunt de ions disminuïx bruscament.

Treballs realisats per McBain i colaboradors, varen concloure que cada tipo de dissolvent té el seu propi valor de CMC i este disminuïx a temperatures altes, mostrant aixina que l'interacció hidrofòbica és la causant de la autoagregación.

Per a interpretar els resultats, s'aplica la llei d'acció de masses a la reacció (N monòmers) →(un agregat). Es té aixina, que la concentració de monòmers $C_1$ lliures en la dissolució es relaciona en la concentració de les micela $C_M$ , per mig de la relació:

$K=\frac{C_M}{(C_1{)}^M}$ (1)

Sent K la constant adimensional d'equilibri.

La concentració total vindrà donada per:

$C_T=C_1+M{C}_M$ (2)

Ara es troba la relació del número total de molècules de anfifilo en solució $C_T$ i el número de molècules de les que pertanyen sense agregar $C_1$ , aixina:

$C_T=C_1+M{C}_M=C_1(1+MK(C_1{)}^{M-1})$ (3)

Expressem K en térmens de CMC i $C_{*}$. Definim $C_{*}$ com el valor de $C_T$ per al qual la mitat dels monòmers està lliure i l'atra agregada en micela, en atres paraules quan $C_T=C_1$ i $C_1*=M{C}_M*=1/2C_{*}$ , substituint estes relacions en l'equació (1) s'aplega a:

$K=(\frac{1}{2M}{C}_{*})(\frac{1}{2}{C}_{*}{)}^{-M}$ (4)

Rebugem $MK=(\frac{2}{C_{*}}{)}^{M-1}$ i reemplaçant en (3) s'obté finalment:

$C_T=C_1[1+2[{\frac{C_1}{C_{*}}}^{M-1}]]$ (5)

Quan tenim baixes concentracions $C_T<<C_{*}$, predomina el primer terme i es té $C_T-C_1$ ací totes les molècules del tensioactivo es troben separades. Quan es té una concentració per damunt de CMC preval el segon terme, per lo que $C_T\approx M{C}_M$, en este cas les molècules estan agrupades en micela.

Es pot trobar la pressió osmótica respecte al valor $C_T{K}_{B}T$, la contribució dels anfifilos s'assembla a l'equació (4) solament que cada micela conta solament com un objecte, no en M objectes. La pressió osmótica per a este model vindrà donada per:

$\frac{1}{2}\{1+\frac{1+M^{-1}(2C_1/C_{*}{)}^{M-1}}{1+(2C_1/C_{*}{)}^{M-1}}\}$

Es necessiten métodos detallats per a obtindre el tamany de les micela, molt monòmers deuen cooperar per a produir la micela i és precisament açò lo que fa brusca la transició vista en la figura 4.