Hydrophil Definition
Ein hydrophiles Molekül oder eine hydrophile Substanz wird von Wasser angezogen. Wasser ist ein polares Molekül, das als Lösungsmittel wirkt und andere polare und hydrophile Substanzen auflöst. In der Biologie sind viele Substanzen hydrophil, wodurch sie in einer Zelle oder einem Organismus verteilt werden können. Alle Zellen verwenden Wasser als Lösungsmittel, das die als Cytosol bekannte Lösung erzeugt. Cytosol enthält viele Substanzen, von denen die meisten auf mindestens einem Teil des Moleküls hydrophil sind., Dies stellt sicher, dass das leicht über die Zelle transportiert werden kann. Substanzen, die hydrophob sind oder Wasser abstoßen, werden häufig durch und zwischen Zellen mit hydrophilen Proteinen oder Strukturen transportiert, die an ihre Dispersion gebunden sind.
Hydrophile Substanzen diffundieren im Wasser, d. h. sie bewegen sich von Bereichen hoher Konzentration in Bereiche niedriger Konzentration. Dies wird durch die Anziehung von Wassermolekülen zu den hydrophilen Molekülen verursacht. In Bereichen mit hoher Konzentration der Moleküle bewegt sich Wasser hinein und zieht die Moleküle auseinander., Die Moleküle werden dann in Bereiche mit geringer Konzentration verteilt, in denen mehr Wassermoleküle interagieren können. Diffusion ist eine sehr wichtige Eigenschaft der meisten hydrophilen Substanzen für lebende Organismen. Die Diffusion ermöglicht es ihnen, Substanzen mit wenig bis gar keiner Energie zu verteilen.
Beispiele für hydrophile
Zucker
Zucker oder genauer Glukose ist ein Molekül, das viele Zelltypen als Energiequelle verwenden. Ein Molekül Glukose hat sowohl hydrophobe als auch hydrophile Anteile. Das Bild unten zeigt ein Molekül Glukose., Die schwarzen Kugeln sind Kohlenstoffatome, die roten Kugeln sind Sauerstoffatome und die weißen Kugeln sind Wasserstoffatome. Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen teilen Elektronen gleichmäßig und es wird keine statische elektrische Ladung erzeugt. Die Sauerstoffatome ziehen jedoch einen ungleichen Anteil an Elektronen aus den Kohlenstoff – und Wasserstoffatomen, an die sie gebunden sind. Diese Eigenschaft, die als Elektronegativität bekannt ist, führt dazu, dass die Elektronen die meiste Zeit ungleichmäßig verteilt sind. Dies bewirkt, dass sich ein elektrischer Dipol über die Bindung bildet und Bereiche mit positiver und negativer Energie erzeugt., Wasser kann mit diesen Dipolen interagieren und Glukose auflösen.
Im menschlichen Körper wird wie bei vielen Tieren die in den Glukosebindungen gespeicherte Energie in jeder Zelle verwendet, um zelluläre Funktionen zu steuern. Um Glukose zu den vielen Zellen zu transportieren, wird im Darm gelöste und in der Leber gespeicherte Glukose in den Blutkreislauf freigesetzt. Da Glukose ein teilweise hydrophiles Molekül ist, löst es sich gleichmäßig in den Blutkreislauf auf und versorgt alle Körperteile mit Glukose., Um durch die hydrophoben Zentren der Plasmamembranen zu gelangen, wird Glukose durch spezielle Proteine transportiert. Einmal in jeder Zelle kann Glukose durch Glykolyse und Atmung abgebaut werden, um das Coenzym ATP bereitzustellen. ATP kann anderen Enzymen Energie liefern, um ihnen zu helfen, ihre verschiedenen Funktionen auszuführen.
Enzyme
DNA, das Informationsmolekül, das das Leben auf der Erde antreibt, kodiert für eine Sequenz von Aminosäuren. Diese Aminosäuren können hydrophil oder hydrophob sein. Proteine werden durch Aminosäuresequenzen erzeugt, werden aber erst funktionsfähig, wenn sie richtig gefaltet sind., Eine lange Reihe von Aminosäuren wird aufgrund der verschiedenen Wechselwirkungen mit den anderen Aminosäuren in der Kette sowie der Wechselwirkungen mit der Umwelt gefaltet. Schließlich werden die hydrophoben und unpolaren Regionen des Proteins zusammen gruppiert und die hydrophilen polaren Regionen der Umwelt ausgesetzt.
Proteine werden zu funktionellen Enzymen, wenn sie die richtige Form haben, um ein Substrat zu akzeptieren und die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion zu senken., Wenn eine Mutation in der DNA eine hydrophobe Aminosäure dort platziert, wo eine hydrophile Aminosäure hätte hingehen sollen, kann die gesamte Struktur leiden und das Enzym kann nicht mehr funktionieren. Da Wasser das Lösungsmittel in allen Zellzytosolen ist, ist es wichtig, dass die Außenseite von Proteinen hydrophil ist, damit sie dispergiert und um die Zelle herum bewegt werden können. So kann eine Zelle Proteine an einem Ort (normalerweise die Ribosomen) erzeugen und sie durch Diffusion durch die Zelle verteilen lassen., Diese hydrophile Eigenschaft der meisten Proteine ermöglicht es ihnen, bestimmte Zellen zu füllen und eine große Menge bestimmter Produkte zu produzieren, die für den Körper notwendig sind.
Zellmembranen
Zellmembranen werden aus zwei Molekülblättern erzeugt, die als Phospholipide bekannt sind. Phospholipide sind amphiphil, was bedeutet, dass sie beide in einer Region des Moleküls von Wasser angezogen werden und Wasser in anderen Regionen abstoßen. Der Kopf des Phospholipidmoleküls ist die hydrophile Region. Die Schwänze sind die hydrophobe Region und zeigen nach innen zueinander., Dies schließt Wasser aus der Mitte der beiden Blätter aus und erzeugt so einen Teiler zwischen zwei Lösungsreservoirs. Wenn die Membran geschlossen ist, wird in einer Kugel eine Zelle erzeugt. Bakterienzellen haben keine weitere Teilung, aber Eukaryoten teilen ihre Zellen weiter in Organellen. Diese Organellen sind auch von Phospholipiden umgeben.
Obwohl Wasser die Zellmembran nicht leicht passieren kann, gibt es viele eingebettete Proteine, die Wasser in die Zelle lassen. Es gibt auch Proteine, die andere hydrophile Substanzen über die Membran transportieren., Diese Proteine, obwohl sie keine Enzyme sind, werden auch von Aminosäureketten gebildet. Wie in der folgenden Grafik zu sehen ist, funktionieren diese Proteine häufig, indem sie die Energie von ATP verwenden, um verschiedene Substanzen über die Membran zu bewegen. Ohne einen Kanal durch die hydrophobe Membran konnten die hydrophilen Substanzen nicht passieren.
Das protein in der obigen Grafik hat sowohl hydrophobe und hydrophile Anteile. Das Äußere des Proteins, die Teile, die der Umgebung und dem Zytoplasma ausgesetzt sind, sind hydrophil., Die inneren Teile des Proteins, die mit den Lipiden in der Mitte der Membran interagieren, sind hydrophil. Auf diese Weise kann das Protein einfach durch die Tendenz hydrophober Substanzen, sich anzusammeln, und hydrophile Substanzen, sich an Wasser anzuziehen, in die Membran eingebettet bleiben. Die Enden werden zum Wasser gezogen und die Mitte interagiert mit den hydrophoben Lipiden. Viele Makromoleküle sind auf diese Weise amphiphil, um mit verschiedenen Substanzen zu interagieren.
- Hydrophob-Moleküle oder Substanzen, die nicht von Wasser angezogen werden oder es abstoßen.,
- Polar-Moleküle, die gegensätzliche elektrische Pole haben.
- Unpolare Moleküle, die Elektronen gleichmäßig verteilen und keine Wechselwirkung mit polaren Molekülen verursachen.
- Amphiphil-Wird sowohl von Wasser als auch von hydrophoben Substanzen wie Seife angezogen.
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1. Forscher entwickeln häufig Medikamente, die geschluckt, verdaut und in den Blutkreislauf diffundiert werden können. Welche Eigenschaft haben diese Medikamente?
A. Hydrophil
B. Hydrophob
C. Unpolar
2. Beim Kochen einer Mahlzeit gibt ein Koch viel Salz auf frisch geschnittene Kartoffeln. Das Salz zieht das Wasser aus den Kartoffeln, aufgrund der starken Anziehungskraft zwischen den Ionenmolekülen des Salzes und den polaren Regionen der Wassermoleküle. Was ist Salz?
A., Hydrophob
B. Amphiphil
C. Hydrophil
3., Es wird ein Protein hergestellt, das in die Zellmembran eingebettet wird. Das Protein funktioniert bei der Erkennung anderer Zellen. Als solches ragt es aus der Zellmembran in die Umgebung. Das Protein überträgt jedoch nichts auf das Innere der Zelle. Daher erstreckt es sich nicht über die Mitte der Zellmembran. Der Teil des Proteins in der Umgebung ist Teil A, der Teil des Proteins, der in die Membran eingebettet ist, ist Teil B. Welche Eigenschaft zeigt jedes Teil an?
A. A-Hydrophob ; B-Hydrophob
B. A-Hydrophil ; B-Hydrophil
C., A-Hydrophil ; B-Hydrophob