Су молекулаларындағы байланысты бұзушы заттар

Кіріспе

Сутекті байланысты бұзатын молекулалар
Хаотроптық агент – сулы ерітіндіде су молекулалары арасындағы сутекті байланыс желісін бұза алатын молекула (яғни хаотроптық активтілікті көрсетеді). Бұл ерітіндідегі басқа молекулалардың, әсіресе макромолекулалардың (ақуыздар, нуклеин қышқылы) тұрақтылығына, гидрофобтық әсерді әлсірету арқылы әсер етеді. Мысалы, хаотроптық агент ақуыздың құрылымын құрайтын су молекулаларының реттілігін азайтады, бұл гидрофобты аминқышқылдарының айналасындағы гидратациялық қабықшаларда да болады, және оның денатурациялануына себеп болуы мүмкін. Керісінше, антихаотроптық агент (космотроптық) – сулы ерітіндідегі гидрофобтық әсерді күшейтетін молекула. Аммоний сульфаты сияқты антихаотроптық тұздарды қоспадан заттарды тұндыру үшін қолдануға болады. Бұл ақуызды тазарту процестерінде, ерітіндіден қажетсіз ақуыздарды жою үшін пайдаланылады.

Шолу

Хаотроптық агент – ақуыздар мен нуклеин қышқылдары (мысалы, ДНК және РНК) сияқты макромолекулалардың құрылымын бұзатын және денатурациялайтын зат. Хаотроптық ерітінділер жүйенің энтропиясын арттырады, сутекті байланыстар, Ван дер Ваальс күштері және гидрофобтық әсерлер сияқты ковалентті емес күштер арқылы жүзеге асырылатын молекулааралық өзара әрекеттесулерге кедергі келтіре отырып. Макромолекулалық құрылым және функция осы күштердің жалқы нәтижесіне байланысты (ақуыз бүктелуін қараңыз), сондықтан биологиялық жүйеде хаотроптық ерітінділердің мөлшері артса, макромолекулалар денатурацияланады, ферменттік белсенділік төмендейді және жасушаға стресс туғызады (яғни, жасуша стресске қарсы қорғаныш заттарды синтездеуге мәжбүр болады). Ақуыздың үшіншілік құрылымының бүктелуі ақуыз тізбегінің барлық аминқышқылдарынан туындайтын гидрофобтық күштерге тәуелді. Хаотроптық ерітінділер гидрофобтық аймақтардың жалқы гидрофобтық әсерін азайтады, себебі ақуызға жақын су молекулаларының реті бұзылады. Бұл гидрофобтық аймақты ерітіндіде ерітеді, соның салдарынан ақуыз денатурацияланады. Бұл липидтік екі қабаттың гидрофобтық аймағына да тікелей қатысты; егер хаотроптық ерітіндінің (екі қабаттың гидрофобтық аймағында) белгілі бір концентрацияға жетсе, мембрананың тұтастығы бұзылады және жасуша лизис болады. Ерітіндіде диссоциацияланатын хаотроптық тұздар әртүрлі механизмдер арқылы хаотроптық әсер етеді. Этанол сияқты хаотроптық қосылыстар жоғарыда айтылғандай ковалентті емес молекулааралық күштерге кедергі келтірсе, тұздар зарядтарды қорғап, тұздық көпірлердің тұрақтандырылуына жол бермей хаотроптық қасиеттерге ие болуы мүмкін. Сутекті байланыс полярлы емес ортада күштірек болады, сондықтан еріткіштің химиялық полярлығын арттыратын тұздар да сутекті байланысты тұрақсыздандыра алады. Бұл механизм бойынша, иондарды тиімді гидраттау үшін жеткіліксіз су молекулалары болады. Бұл тұздар мен сутекті байланыс түзуші түрлер арасындағы иондық дипольдік өзара әрекеттесулерге алып келуі мүмкін, бұл қалыпты сутекті байланыстарға қарағанда тиімдірек. Көбінесе қолданылатын хаотроптық агенттерге н-бутанол, этанол, гуанидиний хлориді, литий перхлораты, литий ацетаты, магний хлориді, фенол, 2-пропанол, натрий додецил сульфаты, тиоуреа және мочевина жатады.

A chaotropic agent is a substance which disrupts the structure of, and denatures, macromolecules such as proteins and nucleic acids (e. g. DNA and RNA). Chaotropic solutes increase the entropy of the system by interfering with intermolecular interactions mediated by non covalent forces such as hydrogen bonds, van der Waals forces, and hydrophobic effects. Macromolecular structure and function is dependent on the net effect of these forces (see protein folding), therefore it follows that an increase in chaotropic solutes in a biological system will denature macromolecules, reduce enzymatic activity and induce stress on a cell (i. e., a cell will have to synthesize stress protectants). Tertiary protein folding is dependent on hydrophobic forces from amino acids throughout the sequence of the protein. Chaotropic solutes decrease the net hydrophobic effect of hydrophobic regions because of a disordering of water molecules adjacent to the protein. This solubilises the hydrophobic region in the solution, thereby denaturing the protein. This is also directly applicable to the hydrophobic region in lipid bilayers; if a critical concentration of a chaotropic solute is reached (in the hydrophobic region of the bilayer) then membrane integrity will be compromised, and the cell will lyse. Chaotropic salts that dissociate in solution exert chaotropic effects via different mechanisms. Whereas chaotropic compounds such as ethanol interfere with non covalent intramolecular forces as outlined above, salts can have chaotropic properties by shielding charges and preventing the stabilization of salt bridges. Hydrogen bonding is stronger in non polar media, so salts, which increase the chemical polarity of the solvent, can also destabilize hydrogen bonding. Mechanistically this is because there are insufficient water molecules to effectively solvate the ions. This can result in ion dipole interactions between the salts and hydrogen bonding species which are more favorable than normal hydrogen bonds. Common chaotropic agents include n butanol, ethanol, guanidinium chloride, lithium perchlorate, lithium acetate, magnesium chloride, phenol, 2 propanol, sodium dodecyl sulfate, thiourea, and urea.