מדוע ליפידים אינם מסיסים במים?

ליפידים הם קבוצה רחבה של כימיקלים הכוללים סטרואידים, שומנים ושעוות המאופיינים בחוסר מסיסותם במים. חוסר מסיסות זה מכונה לעיתים קרובות הידרופובי, או "מפחד מים". עם זאת, מונח זה עלול להטעות כיוון שאי-מסיסותם ב מים נובעים מהזיקה הרבה יותר גדולה של מולקולת המים למולקולות מים אחרות מאשר דחייה בין השומנים למים. מולקולות.

קשרי הפחמן לפחמן והפחמן למימן שנמצאים בשומנים נחשבים ללא פולניים. המשמעות היא שהאלקטרונים בקשר מתחלקים באופן שווה יחסית בין האטומים. לעומת זאת, האלקטרונים בקשרים בין מימן לחמצן במולקולת מים אינם משותפים באופן שווה וכתוצאה מכך מטען חיובי קל על אטום המימן ומטען שלילי קל על אטום חמצן. מטענים קלים אלה על האטומים במולקולת המים, הנקראים דיפולות, גורמים לכינוי מים כמולקולה קוטבית.

קשרים קוולנטיים קוטביים כמו אלה שנמצאים במים מאפשרים יצירת קשרי מימן, כוח אטרקטיבי חלש בין המטען השלילי הקל במולקולה קוטבית אחת למטען החיובי הקטן בקוטב הסמוך מולקולה. קשרי המימן הבודדים אמנם חלשים, אך השפעתם המצטברת משפיעה מאוד על התכונות הפיזיקליות של תרכובות קוטביות. תרכובות קוטביות נוטות להיות בעלות נקודות התכה גבוהות בהרבה מאשר תרכובות לא קוטביות במשקל מולקולרי דומה, ומסיסות מושפעת מנוכחותן או מהיעדרן של קשרי מימן.

ליפידים נוצרים משרשראות ארוכות של פחמימנים. תרכובות פחמימנים בולטות ברצף הארוך של קשרי פחמן לפחמן עם אטומי מימן הקשורים לאטומי הפחמן. האלקטרוני-שלילי הדומה, מדד ליכולתו של האטום למשוך אלקטרונים, של אטומי פחמן ומימן, גורם לפחמימנים להיווצר שרשראות ארוכות לא קוטביות.

אטומי פחמן עשויים להיקשר לעד ארבעה אטומים נוספים. זוג אלקטרונים בודד המשותף בין שני אטומים מכונה קשר יחיד. לשומנים רוויים קשרים בודדים בין הפחמנים בשרשרת (פחמנים יוצרים תמיד קשרים בודדים עם מימנים). בשומנים בלתי רוויים, אחד מקשרי הפחמן לפחמן הוא קשור כפול (ארבעה אלקטרונים מתחלקים בין האטומים). קשר כפול זה מפחית את מספר אטומי המימן במולקולה ויוצר עיקול בשרשרת. במילים פשוטות, לשומנים הרוויים יש כמה שיותר אטומי מימן שמסביב לשרשרת הפחמנים, שבהם פחות ליפידים בלתי רוויים. מהמספר המרבי של אטומי מימן אפשריים המקיפים את שרשרת הפחמן כתוצאה מהקשר הכפול בין שניים או יותר מהפחמן אטומים.

חלק מהליפידים הם אמפיפטיים כאשר קבוצה כימית הידרופילית כמו קבוצת קרבוקסיל או פוספט מחוברת לקצה אחד. הקצה ההידרופילי מתקשר עם מולקולות המים ואילו הזנב ההידרופובי של המולקולה שומר על אופיו ההידרופובי. טבע כפול זה מאפשר למולקולות אלו ליצור קרומים של תאים חיים. הם נמצאים גם בסבונים שבהם השילוב של זנב הידרופובי וראש הידרופילי מאפשר להמיס שומנים אחרים במים.