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Cosmotrópico

Los codisolventes (en disolventes de agua ) se definen como cosmotrópicos (generadores de orden) si contribuyen a la estabilidad y estructura de las interacciones agua-agua. Por el contrario, los agentes caotrópicos (generadores de desorden) tienen el efecto opuesto, alterando la estructura del agua, aumentando la solubilidad de las partículas de disolvente no polares y desestabilizando los agregados de soluto. [1] Los cosmotrópicos hacen que las moléculas de agua interactúen favorablemente, lo que en efecto estabiliza las interacciones intramoleculares en macromoléculas como las proteínas . [ 1 ]

Cosmotropos iónicos

Los cosmótropos iónicos tienden a ser pequeños o tener una alta densidad de carga. Algunos cosmótropos iónicos son CO2−
3, ENTONCES2−
4, HPO2−
4, Mg2+, Li+, Zinc2+
y Al3+. Iones grandes o iones con baja densidad de carga (como Br−, I−, yo+, Cs+) en cambio actúan como caótropos . [2] Los aniones cosmotrópicos son más polarizables y se hidratan más fuertemente que los cationes cosmotrópicos de la misma densidad de carga. [3]

Se puede establecer una escala si uno se refiere a la serie de Hofmeister o busca la energía libre de enlace de hidrógeno ( ) de las sales, que cuantifica el grado de enlace de hidrógeno de un ion en agua. [4] Por ejemplo, los kosmotropos CO2− 3y OH−tienen entre 0,1 y 0,4 J/mol , mientras que el caótropo SCN−tiene un rango entre −1,1 y −0,9. [4]

Estudios de simulación recientes han demostrado que la variación en la energía de solvatación entre los iones y las moléculas de agua circundantes subyace al mecanismo de la serie de Hofmeister . [5] [6] Por lo tanto, los kosmotropos iónicos se caracterizan por una fuerte energía de solvatación que conduce a un aumento de la cohesión general de la solución, que también se refleja en el aumento de la viscosidad y la densidad de la solución. [6]

Aplicaciones

El sulfato de amonio es la sal cosmotrópica tradicional para la desnaturalización de proteínas a partir de una solución acuosa. Los cosmotrópicos se utilizan para inducir la agregación de proteínas en la preparación farmacéutica y en varias etapas de la extracción y purificación de proteínas. [7] [ cita requerida ]

Cosmotropos no iónicos

Los cosmótropos no iónicos no tienen carga neta pero son muy solubles y se hidratan mucho. Los carbohidratos como la trehalosa y la glucosa , así como la prolina y el terc -butanol , son cosmótropos.

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Moelbert S, Normand B, De Los Rios P ​​(2004). "Cosmotropos y caotropos: modelado de exclusión preferencial, enlace y estabilidad de agregados". Química biofísica . 112 (1): 45–57. arXiv : cond-mat/0305204 . doi :10.1016/j.bpc.2004.06.012. PMID  15501575.
  2. ^ Chaplin, Martin (17 de mayo de 2014). «Kosmotropes and Chaotropes». Estructura y ciencia del agua . Universidad South Bank de Londres . Archivado desde el original el 5 de septiembre de 2014. Consultado el 5 de septiembre de 2014 .
  3. ^ Yang Z (2009). "Efectos Hofmeister: una explicación del impacto de los líquidos iónicos en la biocatálisis". Revista de biotecnología . 144 (1): 12–22. doi :10.1016/j.jbiotec.2009.04.011. PMID  19409939.
  4. ^ ab Marcus Y (2009). "Efecto de los iones en la estructura del agua: formación y ruptura de estructuras". Chemical Reviews . 109 (3): 1346–1370. doi :10.1021/cr8003828. PMID  19236019.
  5. ^ M. Adreev; A. Chremos; J. de Pablo; JF Douglas (2017). "Modelo de grano grueso de la dinámica de soluciones electrolíticas". J. Phys. Chem. B . 121 (34): 8195–8202. doi :10.1021/acs.jpcb.7b04297. PMID  28816050.
  6. ^ ab M. Adreev; J. de Pablo; A. Chremos; JF Douglas (2018). "Influencia de la solvatación iónica en las propiedades de las soluciones electrolíticas". J. Phys. Chem. B . 122 (14): 4029–4034. doi :10.1021/acs.jpcb.8b00518. PMID  29611710.
  7. ^ Hillebrandt, Nils; Vormittag, Philipp; Bluthardt, Nicolai; Dietrich, Annabelle; Hubbuch, Jürgen (25 de mayo de 2020). "Proceso integrado para la captura y purificación de partículas similares a virus: mejora del rendimiento del proceso mediante filtración de flujo cruzado". Frontiers in Bioengineering and Biotechnology . 8 : 489. doi : 10.3389/fbioe.2020.00489 . PMC 7326125 . 

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