La concentración micelar crítica…esa gran desconocida

Captura-de-pantalla-2012-06-03-a-las-21.19.20Hace unos días asistí, como mero espectador, a un debate científico que se produjo en twitter acerca del efecto de la concentración de una molécula sobre sus propiedades.

En una esquina del cuadrilátero estaban los que defendían que un ligero incremento en la concentración de un compuesto que tuviese propiedades beneficiosas podía provocar que perdiese dichas propiedades y que apareciesen otras muy perjudiciales. En la otra esquina se situaban los que afirmaban que una pequeña variación en la concentración de un compuesto no podía provocar que cambiasen sus propiedades tan drásticamente. Aquel día decidí callar porque expresar en 140 caracteres temas tan complejos es difícil… pero hoy voy a aprovechar que tengo un blog para darles mi opinión. Bueno, por eso y porque si hay un tema que me encanta es el de la relación entre la estructura de un compuesto y sus propiedades. Veamos.

Uno de los compuestos bioactivos que ha salido triunfador de la masacre efectuada por  la EFSA sobre las propiedades saludables de diferentes moléculas es el ácido linoleico, un ácido graso poliinsaturado con dos dobles enlaces y de naturaleza esencial para el organismo humano ya que éste no puede sintetizarlo. Por ello tiene que ser ingerido por la dieta, principalmente a través de aceites vegetales, como el de girasol o el de soja, huevos o aves de corral.

Ácido linoleico

Ácido linoleico

Aunque tradicionalmente se le han atribuido diversas propiedades beneficiosas la EFSA solamente ha reconocido que, en el campo de la alimentación, un producto contribuirá a mantener niveles normales de colesterol sanguíneo siempre y cuando aporte un mínimo de 1.5 gramos de ácido linoleico por cada 100 gramos y 100 Kcal. Además, dicho efecto solamente se obtiene con una ingesta diaria de 10 gramos de ácido linoleico.

Vale, perfecto, ya sabemos qué estructura tiene el ácido linoleico, en qué fuentes naturales se encuentra y cuáles son sus propiedades beneficiosas. Sin embargo… ¿qué tiene que ver todo esto con el tema planteado en el debate que se produjo en twitter acerca del efecto de la concentración de una molécula sobre sus propiedades beneficiosas? No nos pongamos nerviosos y diseñemos un experimento.

Aunque nos valdría prácticamente cualquier tipo de molécula anfifílica (aquellas que presentan en su estructura una parte lipofílica y otra hidrofílica) cojamos del laboratorio un botecito de ácido linoleico. A continuación preparemos una disolución en agua de dicho ácido graso a muy baja concentración (del orden de 5 micromolar). Posteriormente examinemos, mediante técnicas ópticas de análisis, dicha disolución. Si nos fijamos detenidamente podremos ver como el ácido linoleico se presenta en forma de unidades individuales llamadas monómeros, los cuales presentan unas propiedades determinadas. En la disolución los monómeros de ácido linoleico se encuentran aislados unos de otros sin formar ningún tipo de asociación entre ellos.

Monómero de ácido linoleico

Monómero de ácido linoleico

Aumentemos en este momento la concentración de ácido linoleico en la disolución hasta 9 micromolar. Si volvemos a emplear las mismas técnicas ópticas para examinar la disolución vemos que cada vez hay más monómeros del ácido linoleico pero siguen presentando estructuras individuales.

Subamos ahora la concentración hasta 10 micromolar (solo una unidad más de orden micromolar) y observemos de nuevo la disolución. Lo normal sería encontrarnos más monómeros de ácido linoleico pero…¡¡SORPRESA!! Si examinamos detenidamente el medio de reacción podemos ver como siguen existiendo monómeros pero, además, aparece una especie de pelota.

Si ahora subimos la concentración de ácido linoleico hasta 20 micromolar vemos como el número de monómeros sigue siendo el mismo pero la pelota ha aumentado al doble su tamaño.

¿Qué ha pasado con los monómeros de ácido linoleico? ¿Qué es esa pelota? ¿Por qué no existía cuando el ácido linoleico estaba a una concentración de 9 micromolar pero a 10 micromolar ya se puede ver una pelota? ¿Por qué a 20 micromolar aumenta el tamaño de la pelota el doble pero no el número de monómeros? Relájense, sigan leyendo y no me metan prisa que es viernes…

Diversos estudios muestran como el ácido linoleico presenta un fenómeno de autoagregación por interacción hidrófoba dando lugar, a partir de cierta concentración de acido graso, a estructuras de tipo micelar…¿de qué les estoy hablando?

Micela mixta

Micela mixta

Cuando los ácidos grasos encuentran a bajas concentraciones (5 micromolar en nuestro experimento) se presentan en forma de moléculas individuales llamadas monómeros. Sin embargo, a partir de una cierta concentración la fase acuosa se “satura” en monómeros y comienzan a formarse unos agregados de tipo coloidal llamados micelas (que son “las pelotas” a las que antes me refería). Las micelas de ácido linoleico son agregados esféricos donde las moléculas se orientan para favorecer al máximo las interacciones hidrofóbicas e hidrofílicas. Así, las cadenas del ácido graso están orientadas hacia el interior y los grupos polares hacia la superficie.

Pues bien, el valor exacto de concentración de ácido graso al cual éste pasa súbitamente de forma monomérica a forma micelar se denomina concentración micelar crítica (CMC)… en nuestro experimento la CMC sería de 10 micromolar.

Por encima de esta concentración toda molécula adicional de ácido linoleico se incorpora dentro de las micelas y la concentración de ácido graso en estado monomérico queda prácticamente constante e igual a la CMC… lo que justifica que en nuestro experimento la “pelota” se duplicase de tamaño al pasar de 10 a 20 micromolar pero los monómeros no aumentaran. El número de monómeros que componen una micela y, por tanto, nos da información del tamaño micelar, se conoce como número de agregación.

micela-2

En teoría debería acabar hoy aquí el post… pero ya que ustedes son tan quisquillosos no lo voy a hacer. Es posible que, con toda la razón del mundo, algún lector me pregunte si existe un método más rápido de detectar la formación de micelas que tener que estar mirando por métodos ópticos para ver si, al ir subiendo la concentración de ácido graso, se ha formado la “pelota” o solo hay monómeros en el medio… y sí existe ese método.

La determinación de la CMC de un ácido graso se puede llevar a cabo mediante un método fluorimétrico… ¡¡a pesar de que los ácidos grasos poliinsaturados no presentan fluorescencia!!. Les cuento el procedimiento.

Existe una sonda fluorescente, llamado difenilhexatrieno, que puede adicionarse al medio de reacción “incorporándose” a la estructura de los ácidos grasos. Esta sonda es incapaz de emitir fluorescencia en un entorno polar. Por ello, mientras los ácidos grasos con la sonda acoplada se encuentran en forma monomérica no hay emisión de fluorescencia. Sin embargo, en el momento en el que sobrepasamos la CMC el ácido graso se agrega formando la micela, la sonda fluorescente se incorpora a la micela que es más apolar que el medio que la rodea, y “mágicamente” aumenta drásticamente la fluorescencia de la disolución.

lox-cmc

Por si se han perdido, cosa que no creo ya que no seré yo el que “hoy” dude de su inteligencia, les muestro una gráfica donde se puede observar claramente un punto de intersección entre la región pre-micelar y post-micelar que define la CMC. En la gráfica se aprecia el súbito incremento de la fluorescencia que nos da información del paso de monómeros a micela.

Bien. Una vez entendidas las razones de la aparición de la micela, de la existencia de un equilibrio monómero/micela de tipo dinámico y un método rápido, fiable y preciso de determinar el punto exacto de formación de las micelas… ¿se puede saber de una puñetera vez qué tiene que ver esto con el debate de twitter? La respuesta es clara y evidente.

Varios estudios han demostrado como las propiedades nutricionales, fisiológicas y funcionales de un mismo compuesto no solamente son diferentes, sino que pueden llegar a ser opuestas dependiendo si se encuentra en estado monomérico o micelar… lo que, extrapolado al debate de twitter, me posiciona totalmente a favor de los que se apuntaban al carro de que una pequeñísima variación en la concentración de una molécula puede cambiar totalmente sus propiedades.

IMG_8414Lo que les he demostrado hoy es una de las razones por las que es un enorme error decir que tal o cual molécula tiene propiedades beneficiosas o contraproducentes. Dependerá, entre otras muchas cosas, del estado físico-químico en el que se encuentre y en el que influyen parámetros como el pH, la temperatura y, como hemos visto hoy, su concentración.

Estimados amigos, a pesar de lo que dice Gandalf en la camiseta que hoy llevo puesta, “la ciencia no es magia… todo lo que ocurre tiene su porqué”. Buen finde.

Jose

Nota: Puedes ayudarme a difundir este post MENEANDO en este enlace. GRACIAS.

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20 respuestas a La concentración micelar crítica…esa gran desconocida

  1. norby659 dijo:

    ¿Por qué al doblar la concentración la micela es el doble de grande y no hay el doble de micelas? ¿Hay un límite para el crecimiento de la micela por autoagregación?

  2. Te falta un detallito. Si no me equivoco podríamos describir las micelas como esferas en cierto modo rodeadas por una especie de halo de interacciones hidrofóbicas, y con un centro “vacío” (de agua, al menos). Y eso me recuerda a esto otro:

    El Ojo estaba rodeado de fuego, pero él mismo era vidrioso, amarillo como el ojo de un gato, vigilante y fijo, y la hendidura negra de la pupila se abría sobre un pozo, una ventana a la nada

  3. Alfonso dijo:

    Uau, no suelo entender mucho la química, pero de este post creo que he conseguido entender la conclusión y el experimento en sí. Ahora, como intente entender el resto creo que voy a acabar teniendo que echar mano de otra molécula, el ibuprofeno, para aliviar el dolor de cabeza del esfuerzo.

    Ahora sin bromas, ciencia divulgativa de la buena. Gracias, que por una vez dejar de hablar de etiquetas de alimentos está muy bien también.

  4. Siento decirte José Manuel, que la camiseta que voy a llevar al Naukas de este año va a ser insuperable.

  5. Primero, el comentario de mi tocayo, grandísimo, no sé cómo se te ha pasado, Jose 😉

    Segundo, y aunque sé que ya es harina de otro costal, el efecto de una molécula dependerá muchísimo del resto de moléculas del entorno, con las que puede interaccionar de mil maneras. Como el famoso caso de las cremas de Mercadona sobre el que ya escribiste en su día.

    Enhorabuena, como siempre, por el artículo, no sé por qué decías que lo iba a leer poca gente. Yo llevaba tiempo queriendo escribir algo sobre micelas, pero por otro motivo 😉 que no viene al caso ahora.

    Un saludo Jose,

    Fer

    PD. ¿No te animas a que esta entrada participe en la #EdiciónRb del Carnaval? 😛

  6. Abraham dijo:

    La conclusión es que ingerir micelas de linoléico disminuye sus propiedades alimentarias? No me queda muy claro después de leer el post.

  7. Yvonne dijo:

    Hola José Manuel,
    por suerte solamente una pequeña parte de las sustancias contenidas en los alimentos son capaces de formar micelas y la temperatura y el pH suelen mantenerse constantes en los distintas lugares del cuerpo……….porque sin saber si una molécula es beneficiosa o contraproducente, los farmacéuticos y los nutrólogos nos quedaríamos en el paro.
    Un abrazo

  8. manospal dijo:

    Y el colesterol qué opina de esto?
    Yo también leí este artículo y aunque no me enteré de nada saco mi propia conclusión. Las moléculas son como los pollos hay que tratarlas bien antes de echarlas a la olla, si se enfadan se ponen duras y correosas y no sirven para otra cosa que hacer buen caldo

  9. Pingback: La CMC, esa gran desconocida

  10. triosse dijo:

    Pues…. no estoy por completo de acuerdo con tu conclusión, pienso que los cambios producidos pueden seguir siendo pequeños. A ver si consigo explicarme….

    Vamos a suponer que el CMC del ácido lineico está en el 9.5 micromolar. Por tanto, con una concentración de 9,5 tendríamos la disolución saturada, y cada nueva partícula que añadiéramos pasaría a estar en forma micelar. Por tanto a partir de entonces al añadir moléculas aumentamos la concentración del ácido linéico micelar, pero no reducimos el mononuclear. Supongamos ahora que el Mononuclear tiene efectos beneficiosos, y el micelar perjudiciales: a concentración 9.5 tendremos todos los efectos beneficiosos. Al aumentar a 9,6 seguiremos teniendo los mismos efectos beneficiosas, pero aparecerán los perjudiciales también. Sin embargo la concentración de ácido linéico micelar será inferior a 0,1 micromolar* por lo que su efecto será muy pequeño. Al aumentar la concentración de A.Lineico por encima de 9.6 el mononuclear se mantiene igual pero crece el micelar, es decir, se mantienen los efectos beneficiosos pero aumentan los perjudicales, sin embargo en ningún momento se produce un escalón. Pienso que la gráfica efecto-concentración tendría forma de pico, campana de gauss asimétrica o, mas probablemente, ola, pero seguiría siendo contínua. Por lo que la aparición de grandes diferencias en las propiedades de la partícula con cambios de concentración pequeños dependera de lo perjudical que sea su forma micelar: Si es muy perjudical a concentraciones muy bajas entonces se notará un gran cambio, pero si no entonces el cambio será gradual.

    PS: Te pido disculpas por lo extremadamente mal que he redactado el post, (Ya debería de estar dormido… que mañana madrugo xD) pero como lo dejara al final no postearía. Espero que se puede entender mas o menos bien mi punto de vista. Y siéntete libre de corregirme, al fin y al cabo mis conocimientos de química son básicos: yo al final tiré por la rama de las matemáticas y la física.

    * Mi química está muy oxidada, pero creo recordar que la concentración molar es por la cantidad de molécular que hay disueltas. Al formarse las micelas por una agragación de dos o más moléculas su concentración molar sería inferior a 0.1, pero puedo estar perfectamente equivocado :p

    • Gran comentario hasta el punto que me has dado una idea para un siguiente post. Te contestaré en él…
      Un abrazo

    • He pensado q mejor dejarte aquí el comentario. Al principio dices que no estás de acuerdo con mi conclusión…pero luego dices exactamente lo mismo que yo.

      ¿A qué me refiero? La clave está cuando dices: “la aparición de grandes diferencias en las propiedades de la partícula con cambios de concentración pequeños dependerá de lo perjudicial que sea su forma micelar: Si es muy perjudicial a concentraciones muy bajas entonces se notará un gran cambio, pero si no entonces el cambio será gradual”… y esa es la piedra filosofal de todo.
      Desde mi humilde punto de vista el único error de tu comentario está cuando al principio tratas por igual los efectos de pequeñas variaciones en los monómeros de ácido linoleico con los efectos de pequeñas variaciones en las micelas…. y, al ser dos estructuras totalmente diferentes y comportarse como moléculas completamente distintas, esto no tiene por qué ser así. Una pequeña variación en el tamaño de una micela pude provocar un efecto muy grande al lado de una ligera variación en la cantidad de monómeros. No son efectos comparables. EN el post que publico el día 11 lo explico con un ejemplo.
      De todas formas gracias por enriquecer el post, por dar una opinión tan buena tanto en las formas como en el fondo.
      PD: No me creo que tengas la química abandonada…tu comentario es de gran nivel. SI es así…como serás en física y matemáticas.
      Un abrazo.

  11. Gabriel dijo:

    Hermoso ejemplo y hermosa forma de terciar en una polémica.

  12. eduardo dijo:

    José, me gustó mucho tu artículo, especialmente por lo didáctico. No obstante no entiendo por qué una pequeña variación en la concentración de una sustancia como el ácido linoleico iría a cambiar totalmente sus propiedades fisiológicas. Si asumimos que la cantidad de ácido linoleico en solución es constante (para una determinada temperaruta y pH) una vez alcazado el punto de saturación y que es lo que se absorbe en el intestino (y por ende la fracción que adquire exposición sistémica), no entiendo por qué sus propiedades en el organismo irían a variar cuando se forman miscelas. En todo caso, si la fracción de ácido linoleico que está en forma de miscela no se absorbiese en el intestino (cosa que con frecuencia, no es así por efecto de los ácidos biliares), ese exceso no tendría efecto fisiológico ya que se excretaría en las heces. Lo que sí tiene importancia es la concentración que alcanza el compuesto en el sitio de acción. Un saludo.

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  14. ununcuadio dijo:

    Habría que traducir magic por mágica en vez de magia. Porque realmente emociona como o más que los trucos de magia (mola demasiado esa camiseta :D)

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