Definizione idrofila
Una molecola o sostanza idrofila è attratta dall’acqua. L’acqua è una molecola polare che agisce come solvente, sciogliendo altre sostanze polari e idrofile. In biologia, molte sostanze sono idrofile, che consente loro di essere disperse in tutta una cellula o organismo. Tutte le cellule usano l’acqua come solvente che crea la soluzione nota come cytosol. Cytosol contiene molte sostanze, la maggior parte delle quali sono idrofile su almeno una parte della molecola., Questo assicura che che può essere trasportato sulla cella facilmente. Le sostanze che sono idrofobiche, o respingono l’acqua, sono spesso trasportate attraverso e tra le cellule con proteine idrofile o strutture attaccate per aiutare nella loro dispersione.
Le sostanze idrofile si diffondono nell’acqua, vale a dire si spostano da aree di alta concentrazione a aree di bassa concentrazione. Ciò è causato dall’attrazione delle molecole d’acqua alle molecole idrofile. Nelle aree di alta concentrazione delle molecole, l’acqua si muove dentro e tira le molecole a parte., Le molecole vengono quindi distribuite in aree a bassa concentrazione, dove più molecole d’acqua possono interagire. La diffusione è una proprietà molto importante della maggior parte delle sostanze idrofile per gli organismi viventi. La diffusione consente loro di distribuire sostanze con poca o nessuna energia da parte loro.
Esempi di zucchero idrofilo
Lo zucchero, o più specificamente il glucosio, è una molecola che molti tipi di cellule usano come fonte di energia. Una molecola di glucosio ha sia porzioni idrofobiche che idrofile. L’immagine sotto mostra una molecola di glucosio., Le palle nere sono atomi di carbonio, le palle rosse sono atomi di ossigeno e le palle bianche sono atomi di idrogeno. I legami tra gli atomi di carbonio condividono gli elettroni allo stesso modo e non viene creata alcuna carica elettrica statica. Gli atomi di ossigeno, tuttavia, tirano una quota disuguale di elettroni dagli atomi di carbonio e idrogeno a cui sono attaccati. Questa proprietà, nota come elettronegatività, provoca gli elettroni distribuiti in modo non uniforme, la maggior parte del tempo. Questo fa sì che un dipolo elettrico si formi attraverso il legame, creando aree di energia positiva e negativa., L’acqua può interagire con questi dipoli e sciogliere il glucosio.
Nel corpo umano, come in molti animali, l’energia immagazzinata nei legami del glucosio viene utilizzata in ogni cellula per guidare le funzioni cellulari. Per trasportare il glucosio alle molte cellule, il glucosio disciolto nell’intestino e immagazzinato nel fegato viene rilasciato nel flusso sanguigno. Poiché il glucosio è una molecola parzialmente idrofila, si dissolve ugualmente nel flusso sanguigno e fornisce glucosio a tutte le parti del corpo., Per attraversare i centri idrofobici delle membrane plasmatiche, il glucosio viene trasportato da proteine speciali. Una volta in ogni cellula, il glucosio può essere scomposto attraverso la glicolisi e la respirazione per fornire il coenzima ATP. L’ATP può fornire energia ad altri enzimi per aiutarli a svolgere le loro varie funzioni.
Enzimi
Il DNA, la molecola di informazione che guida la vita sulla Terra, codifica per una sequenza di aminoacidi. Questi amminoacidi possono essere idrofili o idrofobici. Le proteine sono create da sequenze di aminoacidi, ma non diventano funzionali fino a quando non sono correttamente piegate., Una lunga serie di aminoacidi si piega a causa delle varie interazioni che ha con gli altri amminoacidi nella catena, così come le interazioni con l’ambiente. Alla fine, le regioni idrofobiche e non polari della proteina si raggrupperanno e le regioni polari idrofile saranno esposte all’ambiente.
Le proteine diventano enzimi funzionali quando sono la forma giusta per accettare un substrato e abbassare l’energia di attivazione di una reazione chimica., Se una mutazione nel DNA pone un amminoacido idrofobo dove un amminoacido idrofilo dovrebbe essere andato, l’intera struttura può soffrire e l’enzima potrebbe non funzionare più. Poiché l’acqua è il solvente in tutto il citosol cellulare, è importante che l’esterno delle proteine sia idrofilo, in modo che possano essere dispersi e spostati intorno alla cellula. Pertanto, una cellula può creare proteine in un unico luogo (di solito i ribosomi) e distribuirle attraverso la cellula per diffusione., Questa proprietà idrofila della maggior parte delle proteine consente loro di riempire alcune cellule e produrre un’enorme quantità di determinati prodotti necessari per il corpo.
Membrane cellulari
Le membrane cellulari sono create da due fogli di molecole note come fosfolipidi. I fosfolipidi sono anfifilici, il che significa che sono entrambi attratti dall’acqua in una regione della molecola e respingono l’acqua in altre regioni. La testa della molecola fosfolipidica è la regione idrofila. Le code sono la regione idrofobica e puntano verso l’interno, l’una verso l’altra., Ciò esclude l’acqua dal centro dei due fogli, creando così un divisore tra due serbatoi di soluzione. Se la membrana è chiusa, in una sfera, viene creata una cella. Le cellule batteriche non hanno ulteriori divisioni, ma gli eucarioti dividono ulteriormente le loro cellule in organelli. Questi organelli sono anche circondati da fosfolipidi.
Sebbene l’acqua non possa facilmente passare attraverso la membrana cellulare, ci sono molte proteine incorporate che consentono all’acqua di entrare nella cellula. Ci sono anche proteine che trasportano altre sostanze idrofile attraverso la membrana., Queste proteine, pur non essendo enzimi, sono anche formate da catene di aminoacidi. Come si vede nel grafico qui sotto, queste proteine spesso funzionano utilizzando l’energia da ATP per spostare varie sostanze attraverso la membrana. Senza un canale attraverso la membrana idrofobica, le sostanze idrofile non potevano passare.
La proteina nel grafico sopra ha sia porzioni idrofobiche che idrofile. L’esterno della proteina, le parti esposte all’ambiente e il citoplasma, sarà idrofilo., Le parti interne della proteina che interagiscono con i lipidi nel mezzo della membrana, saranno idrofile. In questo modo, la proteina può rimanere incorporata nella membrana semplicemente attraverso la tendenza delle sostanze idrofobe a raggrupparsi e delle sostanze idrofile ad attrarre l’acqua. Le estremità sono tirate verso l’acqua e il centro interagisce con i lipidi idrofobici. Molte macromolecole sono anfifiliche in questo modo, per interagire con varie sostanze.
- Idrofobo-Molecole o sostanze che non sono attratte dall’acqua o la respingono.,
- Polar-Molecole che hanno poli elettrici opposti.
- Non polare – Molecole che distribuiscono gli elettroni in modo uniforme, causando alcuna interazione con molecole polari.
- Anfifilico-È attratto sia dall’acqua che dalle sostanze idrofobiche, come il sapone.
Quiz
1. I ricercatori spesso progettano farmaci che possono essere ingeriti, digeriti e diffusi nel flusso sanguigno. Quali proprietà hanno questi farmaci?
A. Idrofilo
B. Idrofobo
C. Non polare
2. Quando si cucina un pasto, uno chef mette un sacco di sale sulle patate appena tagliate. Il sale estrae l’acqua dalle patate, a causa della forte attrazione tra le molecole ioniche del sale e le regioni polari delle molecole d’acqua. Cos’è il sale?
A., Hydrophobic
B. Amphiphilic
C. Hydrophilic
3., Viene prodotta una proteina che verrà incorporata nella membrana cellulare. La proteina funziona nel riconoscere altre cellule. Come tale, sporge dalla membrana cellulare nell’ambiente. Tuttavia, la proteina non trasmette nulla all’interno della cellula. Pertanto, non si estende oltre la metà della membrana cellulare. La porzione della proteina nell’ambiente è parte A, la parte della proteina incorporata nella membrana è parte B. Quale proprietà mostra ogni parte?
A. A – Idrofobo; B-Idrofobo
B. A-Idrofilo; B-Idrofilo
C., A-Idrofilo; B-idrofobo