Un agente caotrópico es una molécula en solución acuosa que puede alterar la red de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua (es decir, ejerce una actividad caotrópica ). Esto tiene un efecto sobre la estabilidad del estado nativo de otras moléculas en la solución, principalmente macromoléculas ( proteínas , ácidos nucleicos ) al debilitar el efecto hidrofóbico . Por ejemplo, un agente caotrópico reduce la cantidad de orden en la estructura de una proteína formada por moléculas de agua, tanto en la masa como en las capas de hidratación alrededor de los aminoácidos hidrofóbicos , y puede causar su desnaturalización .
Por el contrario, un agente anticaotrópico ( cosmotrópico ) es una molécula en una solución acuosa que aumentará los efectos hidrofóbicos dentro de la solución. [1] Las sales anticaotrópicas como el sulfato de amonio se pueden utilizar para precipitar sustancias de la mezcla impura. Esto se utiliza en procesos de purificación de proteínas, para eliminar proteínas no deseadas de la solución.
Un agente caotrópico es una sustancia que altera la estructura y desnaturaliza macromoléculas como proteínas y ácidos nucleicos ( p. ej. , ADN y ARN ). Los solutos caotrópicos aumentan la entropía del sistema al interferir con las interacciones intermoleculares mediadas por fuerzas no covalentes como los enlaces de hidrógeno , las fuerzas de van der Waals y los efectos hidrofóbicos . La estructura y función macromolecular dependen del efecto neto de estas fuerzas (véase plegamiento de proteínas ), por lo tanto, se deduce que un aumento de solutos caotrópicos en un sistema biológico desnaturalizará las macromoléculas, reducirá la actividad enzimática e inducirá estrés en una célula (es decir, una célula tendrá que sintetizar protectores contra el estrés).
El plegamiento terciario de proteínas depende de las fuerzas hidrofóbicas de los aminoácidos a lo largo de la secuencia de la proteína. Los solutos caotrópicos disminuyen el efecto hidrofóbico neto de las regiones hidrofóbicas debido a un desorden de las moléculas de agua adyacentes a la proteína. Esto solubiliza la región hidrofóbica en la solución, desnaturalizando así la proteína. Esto también es directamente aplicable a la región hidrofóbica en las bicapas lipídicas ; si se alcanza una concentración crítica de un soluto caotrópico (en la región hidrofóbica de la bicapa), entonces la integridad de la membrana se verá comprometida y la célula se lisará . [2]
Las sales caotrópicas que se disocian en solución ejercen efectos caotrópicos a través de diferentes mecanismos. Mientras que los compuestos caotrópicos como el etanol interfieren con las fuerzas intramoleculares no covalentes como se describió anteriormente, las sales pueden tener propiedades caotrópicas al proteger las cargas y evitar la estabilización de los puentes salinos . Los enlaces de hidrógeno son más fuertes en medios no polares, por lo que las sales, que aumentan la polaridad química del solvente , también pueden desestabilizar los enlaces de hidrógeno. Mecanísticamente, esto se debe a que no hay suficientes moléculas de agua para solvatar eficazmente los iones. Esto puede dar lugar a interacciones ion-dipolo entre las sales y las especies de enlaces de hidrógeno que son más favorables que los enlaces de hidrógeno normales . [3]
Los agentes caotrópicos comunes incluyen n-butanol , etanol , cloruro de guanidinio , perclorato de litio , acetato de litio , cloruro de magnesio , fenol , 2-propanol , dodecil sulfato de sodio , tiourea y urea . [ cita requerida ]