Космотропный

Сорастворители (в водном растворителе ) определяются как космотропные (упорядочивающие), если они способствуют стабильности и структуре взаимодействий вода-вода. Напротив, хаотропные (вызывающие расстройства) агенты оказывают противоположное действие, разрушая структуру воды, увеличивая растворимость неполярных частиц растворителя и дестабилизируя агрегаты растворенных веществ. ^[1] Космотропы вызывают благоприятное взаимодействие молекул воды, что фактически стабилизирует внутримолекулярные взаимодействия в макромолекулах, таких как белки . ^[1]

Ионные коссмотропы

Ионные коссмотропы имеют тенденцию быть небольшими или иметь высокую плотность заряда. Некоторые ионные коссмотропы представляют собой CO. ²⁻
₃ , ТАК ²⁻
₄ , Г.П.О. ²⁻
₄ , мг ²⁺
, Что ⁺
, Зн ²⁺
и Ал ³⁺
. Большие ионы или ионы с низкой плотностью заряда (например, Br ⁻
, я ⁻
, К ⁺
, Кс ⁺
) вместо этого действуют как хаотропы . ^[2] Космотропные анионы более поляризуемы и сильнее гидратируются, чем космотропные катионы той же плотности заряда. ^[3]

Шкалу можно установить, если обратиться к ряду Хофмайстера или посмотреть свободную энергию водородной связи ( $\Delta G_{\rm {HB}}$ ) солей, что количественно определяет степень водородной связи иона в воде. ^[4] Например, коссмотропы CO ²⁻
₃ и ОН ⁻
иметь $\Delta G_{\rm {HB}}$ между 0,1 и 0,4 Дж/моль , тогда как хаотроп SCN ⁻
имеет $\Delta G_{\rm {HB}}$ между -1,1 и -0,9. ^[4]

Недавние исследования моделирования показали, что изменение энергии сольватации между ионами и окружающими молекулами воды лежит в основе механизма ряда Хофмейстера . ^[5]^[6] Таким образом, ионные коссмотропы характеризуются сильной энергией сольватации, приводящей к увеличению общей когезионности раствора, что также отражается на увеличении вязкости и плотности раствора. ^[6]

Приложения

Сульфат аммония – традиционная космотропная соль для высаливания белка из водного раствора. Космотропы используются для индукции агрегации белков в фармацевтических препаратах, а также на различных стадиях экстракции и очистки белков. ^[7]^{[ нужна ссылка ]}

Неионогенные коссмотропы

Неионогенные коссмотропы не имеют суммарного заряда, но хорошо растворимы и очень гидратируются. Углеводы, такие как трегалоза и глюкоза , а также пролин и трет -бутанол , являются коссмотропами.

См. также

Хаотропный агент и хлорид гуанидиния
Осаждение белка , «высаливание» на сульфате аммония.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Моэлберт С., Норманд Б., Де Лос Риос П. (2004). «Космотропы и хаотропы: моделирование преимущественного исключения, связывания и агрегатной стабильности». Биофизическая химия . 112 (1): 45–57. arXiv : cond-mat/0305204 . дои : 10.1016/j.bpc.2004.06.012 . ПМИД 15501575 .
^ Чаплин, Мартин (17 мая 2014 г.). «Космотропы и хаотропы» . Структура воды и наука . Лондонский университет Саут-Бэнк . Архивировано из оригинала 5 сентября 2014 г. Проверено 5 сентября 2014 г.
^ Ян Цзы (2009). «Эффекты Хофмайстера: объяснение влияния ионных жидкостей на биокатализ». Журнал биотехнологии . 144 (1): 12–22. doi : 10.1016/j.jbiotec.2009.04.011 . ПМИД 19409939 .
^ Jump up to: ^а ^б Маркус Ю. (2009). «Влияние ионов на структуру воды: образование и разрушение структуры». Химические обзоры . 109 (3): 1346–1370. дои : 10.1021/cr8003828 . ПМИД 19236019 .
^ М. Адреев; А. Хремос; Ж. де Пабло; Дж. Ф. Дуглас (2017). «Крупнозернистая модель динамики растворов электролитов». Дж. Физ. хим. Б. 121 (34): 8195–8202. дои : 10.1021/acs.jpcb.7b04297 . ПМИД 28816050 .
^ Jump up to: ^а ^б М. Адреев; Ж. де Пабло; А. Хремос; Дж. Ф. Дуглас (2018). «Влияние ионной сольватации на свойства растворов электролитов». Дж. Физ. хим. Б. 122 (14): 4029–4034. дои : 10.1021/acs.jpcb.8b00518 . ПМИД 29611710 .
^ Хиллебрандт, Нильс; Вормиттаг, Филипп; Блутхардт, Николай; Дитрих, Аннабель; Хуббух, Юрген (25 мая 2020 г.). «Интегрированный процесс улавливания и очистки вирусоподобных частиц: повышение производительности процесса за счет перекрестной фильтрации» . Границы биоинженерии и биотехнологии . 8 : 489. дои : 10.3389/fbioe.2020.00489 . ПМЦ 7326125 .

Внешние ссылки

Полсон, К; Саркар, П; Инкледон, Б; Рагуваран, В; Грант, Р. (2003). «Оптимизация осаждения белков на основе эффективности удаления белков и эффекта ионизации в жидкостной хроматографии-тандемной масс-спектрометрии». Журнал хроматографии Б. 785 (2): 263–275. дои : 10.1016/S1570-0232(02)00914-5 . ПМИД 12554139 .

[pmid15501575-1] Jump up to: ^а ^б Моэлберт С., Норманд Б., Де Лос Риос П. (2004). «Космотропы и хаотропы: моделирование преимущественного исключения, связывания и агрегатной стабильности». Биофизическая химия . 112 (1): 45–57. arXiv : cond-mat/0305204 . дои : 10.1016/j.bpc.2004.06.012 . ПМИД 15501575 .

[2] Чаплин, Мартин (17 мая 2014 г.). «Космотропы и хаотропы» . Структура воды и наука . Лондонский университет Саут-Бэнк . Архивировано из оригинала 5 сентября 2014 г. Проверено 5 сентября 2014 г.

[pmid19409939-3] Ян Цзы (2009). «Эффекты Хофмайстера: объяснение влияния ионных жидкостей на биокатализ». Журнал биотехнологии . 144 (1): 12–22. doi : 10.1016/j.jbiotec.2009.04.011 . ПМИД 19409939 .

[pmid19236019-4] Jump up to: ^а ^б Маркус Ю. (2009). «Влияние ионов на структуру воды: образование и разрушение структуры». Химические обзоры . 109 (3): 1346–1370. дои : 10.1021/cr8003828 . ПМИД 19236019 .

[5] М. Адреев; А. Хремос; Ж. де Пабло; Дж. Ф. Дуглас (2017). «Крупнозернистая модель динамики растворов электролитов». Дж. Физ. хим. Б. 121 (34): 8195–8202. дои : 10.1021/acs.jpcb.7b04297 . ПМИД 28816050 .

[ref1-6] Jump up to: ^а ^б М. Адреев; Ж. де Пабло; А. Хремос; Дж. Ф. Дуглас (2018). «Влияние ионной сольватации на свойства растворов электролитов». Дж. Физ. хим. Б. 122 (14): 4029–4034. дои : 10.1021/acs.jpcb.8b00518 . ПМИД 29611710 .

[7] Хиллебрандт, Нильс; Вормиттаг, Филипп; Блутхардт, Николай; Дитрих, Аннабель; Хуббух, Юрген (25 мая 2020 г.). «Интегрированный процесс улавливания и очистки вирусоподобных частиц: повышение производительности процесса за счет перекрестной фильтрации» . Границы биоинженерии и биотехнологии . 8 : 489. дои : 10.3389/fbioe.2020.00489 . ПМЦ 7326125 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]