Хаотропный агент

Хаотропный агент — это молекула в водном растворе, которая может разрушать сеть водородных связей между молекулами воды (т.е. оказывает хаотропную активность ). Это влияет на стабильность нативного состояния других молекул в растворе, главным образом макромолекул ( белков , нуклеиновых кислот ) за счет ослабления гидрофобного эффекта . Например, хаотропный агент снижает степень упорядоченности структуры белка, образованного молекулами воды, как в объеме, так и в гидратных оболочках вокруг гидрофобных аминокислот , и может вызвать его денатурацию .

И наоборот, антихаотропный агент ( космотропный ) представляет собой молекулу в водном растворе, которая усиливает гидрофобные эффекты в растворе. ^{[ 1 ]} антихаотропные соли, такие как сульфат аммония Для осаждения веществ из нечистой смеси можно использовать . Это используется в процессах очистки белков для удаления нежелательных белков из раствора.

Обзор

Хаотропный агент – это вещество, которое нарушает структуру и денатурирует , макромолекулы такие как белки и нуклеиновые кислоты (например, ДНК и РНК ). Хаотропные растворенные вещества увеличивают энтропию системы, вмешиваясь в межмолекулярные взаимодействия, опосредованные нековалентными силами , такими как водородные связи , силы Ван-дер-Ваальса и гидрофобные эффекты . Макромолекулярная структура и функция зависят от совокупного эффекта этих сил (см. сворачивание белка ), поэтому из этого следует, что увеличение количества хаотропных растворенных веществ в биологической системе будет денатурировать макромолекулы, снижать ферментативную активность и вызывать стресс в клетке (т. е. клетка придется синтезировать средства защиты от стресса). Третичное сворачивание белка зависит от гидрофобных сил аминокислот по всей последовательности белка. Хаотропные растворенные вещества уменьшают общий гидрофобный эффект гидрофобных областей из-за разупорядочения молекул воды, прилегающих к белку. Это растворяет гидрофобную область в растворе, тем самым денатурируя белок. Это также напрямую применимо к гидрофобной области в липидные бислои ; если будет достигнута критическая концентрация хаотропного растворенного вещества (в гидрофобной области бислоя), целостность мембраны будет нарушена, и клетка будет лизировать . ^{[ 2 ]}

Хаотропные соли , диссоциирующие в растворе, оказывают хаотропное действие по разным механизмам. В то время как хаотропные соединения, такие как этанол, мешают нековалентным внутримолекулярным силам, как указано выше, соли могут обладать хаотропными свойствами, экранируя заряды и предотвращая стабилизацию солевых мостиков . сильнее в неполярных средах, поэтому соли, повышающие химическую полярность растворителя Водородная связь , также могут дестабилизировать водородную связь. Механически это происходит потому, что молекул воды недостаточно для эффективной сольватации ионов. Это может привести к ионно-дипольным взаимодействиям между солями и видами водородных связей, которые более благоприятны, чем обычные водородные связи . ^{[ 3 ]}

Общие хаотропные агенты включают н-бутанол , этанол , хлорид гуанидиния , перхлорат лития , ацетат лития , хлорид магния , фенол , 2-пропанол , додецилсульфат натрия , тиомочевину и мочевину . ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ Мельберт, 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 . S2CID 9870865 .
^ Бхаганна, Прашант; Волкерс, Рита Дж. М.; Белл, Эндрю Северо-Запад; Клюге, Кэтрин; Тимсон, Дэвид Дж.; МакГрат, Джон В.; Руйссенаарс, Харальд Дж.; Холлсворт, Джон Э. (2010). «Гидрофобные вещества вызывают водный стресс в микробных клетках» . Микробная биотехнология . 3 (6): 701–716. дои : 10.1111/j.1751-7915.2010.00203.x . ПМЦ 3815343 . ПМИД 21255365 .
^ Коллинз, К.Д. (1997). «Зависящая от плотности заряда сила гидратации и биологическая структура» . Биофизический журнал . 72 (1): 65–76. Бибкод : 1997BpJ....72...65C . дои : 10.1016/S0006-3495(97)78647-8 . ПМЦ 1184297 . ПМИД 8994593 .

[Moelbert-1] Мельберт, 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 . S2CID 9870865 .

[2] Бхаганна, Прашант; Волкерс, Рита Дж. М.; Белл, Эндрю Северо-Запад; Клюге, Кэтрин; Тимсон, Дэвид Дж.; МакГрат, Джон В.; Руйссенаарс, Харальд Дж.; Холлсворт, Джон Э. (2010). «Гидрофобные вещества вызывают водный стресс в микробных клетках» . Микробная биотехнология . 3 (6): 701–716. дои : 10.1111/j.1751-7915.2010.00203.x . ПМЦ 3815343 . ПМИД 21255365 .

[3] Коллинз, К.Д. (1997). «Зависящая от плотности заряда сила гидратации и биологическая структура» . Биофизический журнал . 72 (1): 65–76. Бибкод : 1997BpJ....72...65C . дои : 10.1016/S0006-3495(97)78647-8 . ПМЦ 1184297 . ПМИД 8994593 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]