Micelas en Biología: Estructura y Función

¿Qué es una micela?

Las micelas se pueden definir como agregados moleculares formados por sustancias dispersas en una fase líquida con la que forman un coloide, que es una mezcla que tiene partículas insolubles que quedan permanentemente dispersas en otra sustancia. El estado micelar se caracteriza por microcápsulas o burbujas de lípidos (sustancias orgánicas con poca o ninguna solubilidad en agua) que tienen extremos hidrófobos e hidrófilos en su estructura molecular y son capaces de reducir la tensión superficial del medio en el que se encuentran dispersos, es decir tienen efecto tensioactivo. Por sus características, las micelas son capaces de mantener las moléculas en su interior y evitar que se solubilicen o dispersen. Hoy en día, la ciencia ha encontrado varias aplicaciones prácticas para las micelas.

Estructura micelar

Para la estructura de las micelas es necesaria la presencia de lípidos de tipo graso. Son moléculas formadas por una larga cadena de carbonos e hidrógenos de carácter hidrofóbico y un extremo formado por una molécula de ácido carboxílico polar o hidrofílico. Las moléculas de grasa dispersas en un medio acuoso tienden a agregarse entre sí y las colas hidrofóbicas se separan de las moléculas de agua circundantes, mientras que los grupos carboxilo polares interactúan fuertemente con el agua. Esto da como resultado la formación de una capa lipídica que colapsa sobre sí misma, formando una estructura esferoide, con colas hidrofóbicas en el interior y cabezas polares en la superficie exterior.

Formación de micelas

La fuerza física que determina la capacidad de autoensamblaje de las micelas es la interacción hidrofóbica entre las cadenas de ácidos grasos y la fuerte atracción entre las moléculas de agua en una solución acuosa. Aunque existe cierta atracción entre las moléculas de lípidos y el agua, la atracción entre las mismas moléculas de agua es energéticamente más favorable. Es por ello que cuando un lípido se disuelve en agua, tiende a formar agregados en forma de gota que son visibles a simple vista. Sin embargo, a nivel microscópico también ocurre un fenómeno similar con las moléculas de agua atrayéndose entre sí y manteniendo aislados pequeños grupos de moléculas grasas que forman las microcápsulas características del estado micelar.

Dado que las sustancias tensioactivas, en este caso, las moléculas de grasa y el agua, se encuentran en un equilibrio dinámico, las micelas se forman constantemente y se desintegran en fracciones de segundo. La frecuencia en la formación y ruptura de micelas responde a las concentraciones de diferentes solutos en la solución acuosa. Por otro lado, si la solución está formada por un solvente no polar, entonces las moléculas grasas se agregarán entre sí, exponiendo sus colas hidrofóbicas al exterior, quedando las cabezas polares o hidrofílicas secuestradas en el núcleo de la micela. Este fenómeno se conoce como formación de micelas inversas.

Funciones de las micelas

Naturalmente, las micelas se forman en nuestro cuerpo como resultado de la interacción de las moléculas de agua, que forman parte de nuestros fluidos y órganos corporales, y las moléculas de lípidos que se mueven entre nuestros tejidos y que ingerimos en los alimentos. Debido a la naturaleza hidrofóbica de los lípidos, especialmente los ácidos grasos, tienden a formar macrogotas en el tracto digestivo que serían prácticamente imposibles de absorber por el intestino y transportar a través de la sangre. Por esta razón, el hígado produce sustancias llamadas sales biliares que se almacenan en la vesícula biliar y luego se descargan en el intestino con el fin de emulsionar los lípidos de los alimentos, lo que aumenta su solubilidad en el medio acuoso y en consecuencia forman micelas de lípidos que se absorben fácilmente por el intestino.

Los lípidos son los únicos macronutrientes que no pueden viajar solos por el torrente sanguíneo y, por tanto, se encuentran agregados en paquetes formados por proteínas, con una estructura muy similar a las micelas, conocidas como lipoproteínas. Estos agregados de lípidos y proteínas pueden viajar a través de la sangre a diferentes tejidos, reduciendo el riesgo de formación de grandes acumulaciones de lípidos insolubles en los capilares sanguíneos.

Usos de micelas

Las propiedades de las sustancias tensioactivas en medios acuosos, con la consiguiente formación de micelas, han sido estudiadas por científicos y actualmente existen varias aplicaciones prácticas del fenómeno de formación de micelas.

• Química micelar: Las micelas se utilizan actualmente para encapsular sustancias en medios acuosos y facilitar reacciones químicas que deben llevarse a cabo en un medio hidrofóbico.
• Entrega dirigida de fármacos: Otra aplicación muy extendida de las micelas es su uso para transportar fármacos en cápsulas insolubles en agua hasta llegar a los tejidos u órganos donde el fármaco debe ejercer su acción específica.
• Nebulización: Las micelas se están utilizando en la formación de microcápsulas que pueden dispersarse fácilmente en medios gaseosos, como el aire, y con ellas permiten el transporte de sustancias en su interior con la mínima alteración. Esta propiedad se utiliza, por ejemplo, en aerosoles aromatizantes y medicamentos inhalados.
• Extracción de sustancias: Debido a la propiedad hidrofóbica de las micelas, se están aplicando prácticamente para encapsular sustancias contaminantes dispersas en agua y separarlas en una fase que luego se pueda extraer fácilmente.

Resumen de la lección

Las micelas son agregados formados por sustancias dispersas en una fase líquida en forma de coloide. El estado micelar típico se caracteriza por microcápsulas o burbujas de lípidos que tienen extremos hidrofóbicos e hidrofílicos en su estructura y tienen un efecto surfactante. Las micelas son capaces de mantener las moléculas en su interior y evitar que se solubilicen o dispersen, lo que tiene diversas aplicaciones prácticas. Las micelas consisten en lípidos de tipo graso que están formados por una larga cadena hidrofóbica y un extremo de ácido carboxílico hidrofílico. Estas moléculas tienden a agregarse entre sí con las colas hidrofóbicas alejándose de las moléculas de agua circundantes, mientras que los grupos carboxilo polares interactúan fuertemente con el agua, formando una capa que colapsa sobre sí misma en forma de estructura esferoide. Esta interacción hidrofóbica entre moléculas lipídicas y la atracción entre moléculas de agua es la fuerza física que determina la capacidad de autoensamblaje de las micelas.

Las micelas se forman en nuestro tubo digestivo como resultado de la interacción de las moléculas de agua, las grasas y las vitaminas liposolubles de los alimentos y las sales biliares producidas por el hígado. Las sales biliares emulsionan los lípidos de los alimentos y aumentan su solubilidad y absorción por el intestino. Esta formación natural de micelas, como parte del proceso digestivo, ha sido estudiada y utilizada de manera práctica en diferentes procesos, como encapsulación de sustancias en medios acuosos para facilitar reacciones químicas que deben realizarse en condiciones hidrofóbicas, transporte de fármacos a través de tejidos y órganos, nebulización de aerosoles y medicamentos inhalados, y en la extracción de sustancias contaminantes dispersas en el agua.