la fisica de los agregados anfifilicos 1.- introduccion: autoestructuracion de la materia blanda...

La fisica de los agregados anfifilicos

1.- INTRODUCCION:

Autoestructuracion de la materia blanda desde las moleculas hasta escalas nano y micrometricas

Moleculas anfifilicas: Cabeza polar+Cola(s) no polares

Unidas en una molecula

La estructura quimica de las cabezas y de las colas puede ser muy variada (y complicada):

Detergentes, surfactantes, fosfolipidos...

...pero presentan aspectos comunes en su capacidad de formar estructuras complejas al disolverse en agua o en las superficies del agua:

Micelas Membranas bicapaVesiculasCristales micelaresFases hexagonalesFases bicontinuas ordenadasPesadillas del fontanero...

...pero presentan aspectos comunes en su capacidad de formar estructuras complejas al disolverse en agua o en las superficies del agua:

Micelas Membranas bicapaVesiculasCristales micelaresFases hexagonalesFases bicontinuas ordenadasPesadillas del fontanero...

¿Cuales son las razones basicas que hay detrás de estas estructuras?

Podemos tratar de entenderlo con modelos simplesmodelos simples de sistemas complejossistemas complejos

La cabeza polar se disolveria en agua:

Las colas se segregarian en aguacomo el aceite:

¿Que pueden hacer cabezas y colas unidas?

Estas estructuras se observan experimentalmente, en condiciones controlables de concentraciones y temperatura.

Los diagramas de fase globales muestran transiciones de unas fases a otras, variando esos parametros fisicos.

Algunas moleculas forman solo uno o dos tipos de agregados, otras tienen diagramas de fase mucho mas complejos, con rangos de estabilidad de muchas fases distintas.

Estudios experimentales:

Estas estructuras se observan como elementos esenciales en estructuras biologicas. Los procesos bioquimicos requieren la concentracion, segregacion, canalizacion, transporte, almacenamiento, etc... de los metabolitos. Las estructuras de membranas lipidicas son el componente esencial para la compartimentacion en los organulos celulares.

La propia individualidad de las celulas esta mantenida por las membrana celular, formada por bicapas lipidicas+proteinas

Observacion in vivo:

La invencion de la individualidad es el requisito esencial para poner en marcha el mecanismo de dinamica Darwiniana, que ha creado la asombrosa explosion de complejidad de los seres vivos.

Con mucha probabilidad, las vesiculas de bicapas lipidicas, que se forman espontanemente en las condiciones adecuadas jugaron un papel esencial en el mundo prebiotico y se han incorporado a las partes esenciales de las celulas.

Experimento de Miller-Urey sobre la quimica pre-biotica

¿Cual es la base fisica de la formacion y de las propiedades de los agregados anfifilicos?

Contenido del tema:

1.- Introduccion

2.- Estabilidad termodinamica de los agregados.

3.- Hamiltonianos efectivos de superficie.

4.- Modelos moleculares simples

2.- Estabilidad termodinamica de agregados anfifilicos:

Micelas: Nano-gotas, con N ~100-1000 moleculas, que no pueden crecer de tamaño, por el requisito de que las cabezas polares esten en la superficie

Membranas: Fases “macroscopicas” bidimensionales pero en un mundo tridimensional