Hydrofilowy - definicja i przykłady | Słownik biologii (2023)

Definicja hydrofilowość

Hydrofilowa cząsteczka lub substancja jest przyciągana do wody. Woda jest cząsteczką polarną, która działa jak rozpuszczalnik, rozpuszczając inne substancje polarne i hydrofilowe. W biologii wiele substancji ma charakter hydrofilowy, co pozwala na ich rozproszenie w komórce lub organizmie. Wszystkie komórki wykorzystują wodę jako rozpuszczalnik, który tworzy roztwór znany jakocytozol. Cytozol zawiera wiele substancji, z których większość jest hydrofilowa przynajmniej w części cząsteczki. Dzięki temu można go łatwo transportować po komórce. Substancje, które sąhydrofobowylub odpychają wodę, są często transportowane przez i pomiędzy komórkami z hydrofilowymi białkami lub strukturami przyłączonymi, aby pomóc w ich rozproszeniu.

Substancje hydrofilowerozproszonyw wodzie, co oznacza, że ​​przemieszczają się z obszarów o większym stężeniu do obszarów o niskim stężeniu. Jest to spowodowane przyciąganiem cząsteczek wody do cząsteczek hydrofilowych. W obszarach o większym stężeniu cząsteczek woda wpływa i rozdziela cząsteczki. Cząsteczki są następnie rozprowadzane do obszarów o niskim stężeniu, gdzie może oddziaływać więcej cząsteczek wody. Dyfuzja jest bardzo ważną właściwością większości substancji hydrofilowych dla organizmów żywych. Dyfuzja pozwala im rozprowadzać substancje przy niewielkiej lub żadnej energii z ich strony.

Przykłady hydrofilowości

Cukier

Cukier, a dokładniejglukoza, to cząsteczka wykorzystywana przez wiele typów komórek jako źródło energii. Cząsteczka glukozy ma zarówno część hydrofobową, jak i hydrofilową. Poniższy rysunek przedstawia cząsteczkę glukozy. Czarne kulki to atomy węgla, czerwone kulki to atomy tlenu, a białe kulki to atomy wodoru. Wiązania między atomami węgla w równym stopniu dzielą elektrony i nie powstaje żaden statyczny ładunek elektryczny. Atomy tlenu jednak przyciągają nierówną część elektronów z atomów węgla i wodoru, do których są przyłączone. Nieruchomość ta, tzwelektroujemność, powoduje, że elektrony są rozmieszczone nierównomiernie w większości przypadków. Powoduje to porażenie prądemdipolformować się w poprzek wiązania, tworząc obszary pozytywnej i negatywnej energii. Woda może oddziaływać z tymi dipolami i rozpuszczać glukozę.

W organizmie człowieka, podobnie jak u wielu zwierząt, energia zmagazynowana w wiązaniach glukozy jest wykorzystywana w każdej komórce do napędzania funkcji komórkowych. Aby przetransportować glukozę do wielu komórek, glukoza rozpuszczona w jelitach i zmagazynowana w wątrobie jest uwalniana do krwioobiegu. Ponieważ glukoza jest cząsteczką częściowo hydrofilową, rozpuszcza się w równym stopniu w krwiobiegu i dostarcza glukozę do wszystkich części ciała. Aby przedostać się przez hydrofobowe centra błon plazmatycznych, glukoza transportowana jest za pomocą specjalnych białek. Gdy glukoza znajdzie się w każdej komórce, może zostać rozłożonaglikolizaIoddychaniedostarczać koenzym ATP. ATP może dostarczać energię innym enzymom, aby pomóc im w wykonywaniu różnych funkcji.

Enzymy

DNA, cząsteczka informacji napędzająca życie na Ziemi, koduje sekwencję aminokwasów. Aminokwasy te mogą być hydrofilowe lub hydrofobowe. Białka są tworzone przez sekwencje aminokwasów, ale nie stają się funkcjonalne, dopóki nie zostaną prawidłowo sfałdowane. Długi ciąg aminokwasów ulega złożeniu ze względu na różne interakcje, jakie zachodzi z innymi aminokwasami w łańcuchu, a także interakcje ze środowiskiem. Ostatecznie hydrofobowe i niepolarne regiony białka zostaną skupione razem, a hydrofilowe regiony polarne zostaną wystawione na działanie środowiska.

Białka stają się funkcjonalnymi enzymami, gdy mają odpowiedni kształt, aby przyjąć substrat i obniżyć energię aktywacji reakcji chemicznej. Jeśli mutacja w DNA umieści aminokwas hydrofobowy w miejscu, w którym powinien zniknąć aminokwas hydrofilowy, cała struktura może ucierpieć, a enzym może przestać działać. Ponieważ woda jest rozpuszczalnikiem w cytozolu wszystkich komórek, ważne jest, aby zewnętrzna część białek była hydrofilowa, co umożliwi ich rozproszenie i przemieszczanie się po komórce. W ten sposób komórka może tworzyć białka w jednym miejscu (zazwyczajrybosomy) i rozprowadzają je po komórce poprzez dyfuzję. Ta hydrofilowa właściwość większości białek pozwala im wypełniać określone komórki i wytwarzać ogromną ilość pewnych produktów niezbędnych dla organizmu.

Błony komórkowe

Błony komórkowe zbudowane są z dwóch arkuszy cząsteczek zwanych tzwfosfolipidy. Fosfolipidy sąamfifilowy, co oznacza, że ​​przyciągają wodę w jednym obszarze cząsteczki i odpychają wodę w innych obszarach. Głową cząsteczki fosfolipidów jest obszar hydrofilowy. Ogony są obszarem hydrofobowym i są skierowane do wewnątrz, ku sobie. Wyklucza to wodę ze środka dwóch arkuszy, tworząc w ten sposób przegrodę pomiędzy dwoma zbiornikami roztworu. Jeżeli membrana jest zamknięta w kuli, powstaje komórka. Komórki bakteryjne nie podlegają dalszemu podziałowi, ale eukarionty dalej dzielą swoje komórki na organelle. Organelle te są również otoczone fosfolipidami.

Chociaż woda nie może łatwo przejść przez błonę komórkową, istnieje wiele wbudowanych białek, które umożliwiają jej przedostanie się do komórki. Istnieją również białka, które transportują inne substancje hydrofilowe przez błonę. Białka te, choć nie są enzymami, są również utworzone przez łańcuchy aminokwasów. Jak widać na poniższej grafice, białka te często wykorzystują energię z ATP do przemieszczania różnych substancji przez błonę. Bez kanału przez membranę hydrofobową substancje hydrofilowe nie mogłyby przejść.

Białko na powyższej grafice ma zarówno część hydrofobową, jak i hydrofilową. Zewnętrzna część białka, części wystawione na działanie środowiska i cytoplazma będą hydrofilowe. Wewnętrzne części białka, które oddziałują z lipidami w środku błony, będą hydrofilowe. W ten sposób białko może pozostać osadzone w błonie po prostu dzięki tendencji substancji hydrofobowych do skupiania się, a substancji hydrofilowych do przyciągania wody. Końce są przyciągane do wody, a środek oddziałuje z hydrofobowymi lipidami. Wiele makrocząsteczek ma charakter amfifilowy, dzięki czemu mogą oddziaływać z różnymi substancjami.

• Hydrofobowy– Cząsteczki lub substancje, które nie przyciągają wody ani jej nie odpychają.
• Polarny– Cząsteczki posiadające przeciwne bieguny elektryczne.
• Niepolarny– Cząsteczki równomiernie rozprowadzające elektrony, nie powodujące interakcji z cząsteczkami polarnymi.
• Amfifilowy– Przyciąga zarówno wodę, jak i substancje hydrofobowe, takie jak mydło.

Kartkówka

1. Naukowcy często projektują leki, które można połknąć, strawić i przedostać się do krwioobiegu. Jakie właściwości mają te leki?
A.Hydrofilowy
B.Hydrofobowy
C.Niepolarny

2. Przygotowując posiłek, szef kuchni posypuje świeżo pokrojone ziemniaki dużą ilością soli. Sól wyciąga wodę z ziemniaków ze względu na silne przyciąganie pomiędzy cząsteczkami jonów soli i polarnymi obszarami cząsteczek wody. Co to jest sól?
A.Hydrofobowy
B.Amfifilowy
C.Hydrofilowy

3. Powstaje białko, które zostanie osadzone w błonie komórkowej. Białko pełni funkcję rozpoznawania innych komórek. Jako taki wystaje z błony komórkowej do środowiska. Jednakże białko nie przenosi niczego do wnętrza komórki. Dlatego nie wykracza poza środek błony komórkowej. Część białka w środowisku to Część A, część białka osadzona w błonie to Część B. Jaką właściwość wykazuje każda część?
A.A – Hydrofobowy; B – Hydrofobowy
B.A – Hydrofilowy; B – Hydrofilowy
C.A – Hydrofilowy; B – Hydrofobowy