Серия Хофмайстера - Hofmeister series

Мемориальная доска серии Хофмайстера в Праге

В Серия Хофмайстера или же лиотропный ряд это классификация ионы в порядке их способности высолить или же соль в белки.[1] Эффект от этих изменений был впервые разработан Франц Хофмайстер, которые изучили влияние катионов и анионов на растворимость белки.[2]

Хофмайстер обнаружил ряд солей, которые оказывают постоянное воздействие на растворимость белков и (как выяснилось позже) от стабильности их вторичный и третичная структура. Похоже, что анионы оказывают большее влияние, чем катионы,[3] и обычно заказываются

(Это неполный список; было изучено еще много солей.) Порядок катионов обычно указывается как

Механизм серии Хофмайстера не совсем ясен, но, похоже, не является результатом изменений в общей структуре воды, вместо этого более важными могут быть более специфические взаимодействия между ионами и белками и ионами и молекулами воды, непосредственно контактирующими с белками.[4] Недавние исследования с использованием моделирования показали, что изменение энергии сольватации между ионами и окружающими молекулами воды лежит в основе механизма ряда Хофмайстера.[5][6]

Ранние участники серии увеличивают платежеспособность поверхностное натяжение и снизить растворимость неполярных молекул ("высаливание "); по сути, они усилить то гидрофобное взаимодействие. Напротив, более поздние соли в серии увеличивают растворимость неполярных молекул ("засолка ") и уменьшают порядок в воде; по сути, они ослабить то гидрофобный эффект.[7] Эффект высаливания обычно используется в очистка белка за счет использования осаждение сульфатом аммония.

Однако эти соли также напрямую взаимодействуют с белками (которые заряжены и имеют сильный дипольный момент) и могут даже специфически связываться (например, связывание фосфатов и сульфатов с рибонуклеаза А ). Ионы, обладающие сильным эффектом «засоления», такие как I− и SCN− являются сильными денатурирующими агентами, потому что они солят в пептидной группе и, таким образом, гораздо сильнее взаимодействуют с развернутой формой белка, чем с его нативной формой. Следовательно, они сдвигают химическое равновесие реакции разворачивания по отношению к развернутому белку.[8]

В денатурирующий белков водным раствором, содержащим много типов ионов, является более сложным, поскольку все ионы могут действовать в соответствии с их активностью Хофмайстера, то есть дробным числом, определяющим положение иона в ряду (приведенном ранее) с точки зрения его относительной эффективность денатурирования эталонного белка. Концепция ионности Гофмайстера ячас был вызван Дхарма-варданой et. al.[9] где предлагается определить ячас как сумма по всем ионным частицам произведения концентрации ионов (мольная доля) и дробного числа, определяющего «силу Гофмайстера» иона при денатурировании данного эталонного белка. Концепция чего-либо ионность (как мера силы Хофмайстера), используемую здесь, следует отличать от ионная сила как используется в электрохимии, а также из его использования в теории твердых полупроводников [10]

Рекомендации

  1. ^ Хайд, Алан М .; Зултански, Сьюзен Л .; Waldman, Jacob H .; Чжун, Юн-Ли; Шевлин, Михаил; Пэн, Фэн (2017). «Общие принципы и стратегии высаливания, представленные серией Хофмайстера». Исследования и разработки в области органических процессов. 21 (9): 1355–1370. Дои:10.1021 / acs.oprd.7b00197.
  2. ^ Хофмайстер, F (1888). "Zur Lehre von der Wirkung der Salze". Arch. Exp. Патол. Pharmacol. 24 (4–5): 247–260. Дои:10.1007 / bf01918191. S2CID  27935821.
  3. ^ Ян З (2009). «Эффекты Хофмайстера: объяснение влияния ионных жидкостей на биокатализ». Журнал биотехнологии. 144 (1): 12–22. Дои:10.1016 / j.jbiotec.2009.04.011. PMID  19409939.
  4. ^ Чжан И, Кремер П.С. (2006). «Взаимодействие макромолекул с ионами: серия Хофмайстера». Современное мнение в области химической биологии. 10 (6): 658–63. Дои:10.1016 / j.cbpa.2006.09.020. PMID  17035073.
  5. ^ М. Адреев; А. Хремос; Х. де Пабло; Дж. Ф. Дуглас (2017). «Крупнозернистая модель динамики растворов электролитов». J. Phys. Chem. B. 121 (34): 8195–8202. Дои:10.1021 / acs.jpcb.7b04297. PMID  28816050.
  6. ^ М. Адреев; Х. де Пабло; А. Хремос; Дж. Ф. Дуглас (2018). «Влияние сольватации ионов на свойства растворов электролитов». J. Phys. Chem. B. 122 (14): 4029–4034. Дои:10.1021 / acs.jpcb.8b00518. PMID  29611710.
  7. ^ Чаплин, Мартин (6 августа 2014 г.). "Серия Хофмайстера". Структура воды и наука. Лондонский университет Южного берега. Архивировано из оригинал 2 августа 2014 г.. Получено 2014-09-05.
  8. ^ Болдуин Р.Л. (1996). «Как взаимодействия ионов Хофмайстера влияют на стабильность белка». Biophys J. 71 (4): 2056–63. Bibcode:1996BpJ .... 71.2056B. Дои:10.1016 / S0006-3495 (96) 79404-3. ЧВК  1233672. PMID  8889180.
  9. ^ Дхарма-вардана, М. В. Ч .; и другие. (2014). «Хроническая болезнь почек неизвестной этиологии и ионности грунтовых вод: исследование на Шри-Ланке». Геохимия окружающей среды и здоровье. 37 (2): 221–231. Дои:10.1007 / s10653-014-9641-4. PMID  25119535. S2CID  37388540.
  10. ^ Филлипс, Дж. К. (1973). Связи и полосы в полупроводниках. Нью-Йорк: Академ.

дальнейшее чтение