Hvorfor er lipider uoppløselige i vann?

Lipider er en bred gruppe kjemikalier som inkluderer steroider, fett og voks som er preget av deres uløselighet i vann. Denne uoppløseligheten blir ofte referert til som hydrofob eller "vannfryktig." Imidlertid kan dette begrepet være villedende som deres uløselighet i vann skyldes vannmolekylets mye større affinitet for andre vannmolekyler enn en frastøting mellom lipiden og vannet molekyler.

Karbon til karbon og karbon til hydrogenbindinger som finnes i lipider regnes som ikke-polare. Dette betyr at elektronene i bindingen deles relativt likt mellom atomene. Omvendt deles ikke elektronene i bindingene mellom hydrogen og oksygen i et vannmolekyl som også resulterer i en liten positiv ladning på hydrogenatomet og en liten negativ ladning på oksygenatom. Disse små ladningene på atomene i vannmolekylet, kalt dipoler, resulterer i at vann blir referert til som et polært molekyl.

Polare kovalente bindinger som de som finnes i vann tillater dannelse av hydrogenbindinger, en svak attraktiv kraft mellom den svake negative ladningen i ett polært molekyl og den lette positive ladningen i en tilstøtende polar molekyl. Mens de enkelte hydrogenbindinger er svake, påvirker deres kumulative effekt i stor grad de fysiske egenskapene til polare forbindelser. Polare forbindelser har en tendens til å ha mye høyere smeltepunkter enn ikke-polære forbindelser med lignende molekylvekt, og løselighet påvirkes av tilstedeværelsen eller fraværet av hydrogenbindinger.

Lipider dannes fra lange kjeder av hydrokarboner. Hydrokarbonforbindelser er bemerkelsesverdige for den lange sekvensen av karbon til karbonbindinger med hydrogenatomer bundet til karbonatomer. Den lignende elektronegativiteten, et mål på atoms evne til å tiltrekke seg elektroner, av karbon og hydrogenatomer resulterer i at hydrokarboner danner lange ikke-polære kjeder.

Karbonatomer kan binde seg med opptil fire ekstra atomer. Et enkelt par elektroner delt mellom to atomer kalles en enkeltbinding. Mettede lipider har enkeltbindinger mellom karbonene i kjeden (karbon danner alltid enkeltbindinger med hydrogener). I umettede lipider er en av karbon til karbonbindinger dobbeltbundet (fire elektroner deles mellom atomene). Denne dobbeltbindingen reduserer antall hydrogenatomer på molekylet og skaper en bøyning i kjeden. Enkelt sagt, de mettede lipidene har så mange hydrogenatomer som mulig rundt kjeden av karbon, der umettede lipider har mindre enn det maksimale antall mulige hydrogenatomer som omgir karbonkjeden som et resultat av dobbeltbindingen mellom to eller flere av karbonet atomer.

Noen lipider er amfipatiske der en hydrofil kjemisk gruppe som en karboksyl- eller fosfatgruppe er festet til den ene enden. Den hydrofile enden samhandler med vannmolekylene mens den hydrofobe halen av molekylet beholder sin hydrofobe natur. Denne doble naturen gjør at disse molekylene kan danne membranene til levende celler. De er også tilstede i såper der kombinasjonen av en hydrofob hale og et hydrofilt hode gjør at andre lipider kan oppløses i vann.