Sarea este o metodă de purificare care utilizează solubilitatea redusă a anumitor molecule într-o soluție cu rezistență ionică foarte mare. Sarea este în mod tipic, dar nu limitată la precipitarea biomoleculelor mari, cum ar fi proteinele.

libretexts

Introducere

In contrast cu sărând în, sărarea are loc în soluții apoase cu rezistență ionică ridicată care reduc solubilitatea moleculei determinând precipitarea anumitor proteine. În mod ideal, tipul de sare utilizat și concentrația de sare pot fi variate pentru a precipita selectiv o moleculă. În realitate, sărarea este un mijloc eficient pentru purificarea moleculei inițiale, dar nu are capacitatea de a izola cu precizie o proteină specifică.

Mecanismul din spatele sării

Conformarea biomoleculelor mari in vivo este de obicei controlată prin interacțiuni hidrofobe și hidrofile cu mediul celular. Aceste interacțiuni guvernează în mare măsură conformația finală a moleculei prin pliere în așa fel încât majoritatea grupurilor funcționale hidrofobe să fie protejate de mediul celular polar. Pentru a obține această conformație, molecula se pliază în așa fel încât toate părțile hidrofobe ale unei molecule sunt agregate împreună și grupurile hidrofile sunt lăsate să interacționeze cu apa. În cazul proteinelor, aminoacizii încărcați permit să apară sărarea selectivă. Aminoacizii încărcați și polari precum glutamatul, lizina și tirozina necesită molecule de apă care să le înconjoare pentru a rămâne dizolvate. Într-un mediu apos cu o putere ionică ridicată, moleculele de apă înconjoară sarcinile ionilor și proteinelor. La o anumită putere ionică, moleculele de apă nu mai sunt capabile să susțină sarcinile atât ale ionilor, cât și ale proteinelor. Rezultatul este precipitarea celui mai puțin solubil dizolvat, cum ar fi proteinele și moleculele organice mari.

Seria Hoffmeister

Sarea poate fi un instrument puternic pentru a separa clasele de proteine ​​care variază în mărime, încărcare și suprafață, printre alte caracteristici. O metodă de control al precipitațiilor este utilizarea diferitelor efecte ale diferitelor săruri și ale concentrațiilor lor respective. Capacitatea unei sări de a induce precipitații selective depinde de multe interacțiuni cu apa și substanțele dizolvate. Cercetările efectuate de Franz Hofmeister la începutul secolului al XX-lea au organizat anioni și cationi diferiți prin capacitatea lor de a sără.

Ordinea cationilor și a anionilor se numește seria Hoffmeister (1). Cationii sunt aranjați după cum urmează

NH4 +> K +> Na +> Li +> Mg 2+> Ca 2+

unde amoniul are cea mai mare capacitate de a precipita alte substanțe dizolvate proteice. La fel, ordinea pentru anioni este

Între cationi și anioni în soluție, concentrația anionului are de obicei cel mai mare efect asupra precipitațiilor de proteine.

Una dintre cele mai frecvent utilizate săruri este sulfatul de amoniu, care este de obicei utilizat deoarece ionii produși într-o soluție apoasă sunt foarte mari în seria Hofmeister, iar interacțiunea lor cu proteina în sine este relativ scăzută. Alți ioni, cum ar fi iodura, sunt foarte buni la precipitarea proteinelor, dar nu sunt utilizați datorită tendinței lor de a denatura sau modifica proteina.

Sarea se bazează pe modificări de solubilitate bazate pe puterea ionică. Puterea ionică a unei soluții, I, este definită ca

  • \ (m_i \) este concentrația ionului și
  • \ (z_i \) este sarcina ionului.

Puterea ionică totală a mai multor ioni este suma puterilor ionice ale tuturor ionilor. Folosind legea limitativă Debye-Hückel dată de

  • \ (I \) este puterea ionică
  • \ (z _ + \) este sarcina catonică a electrolitului pentru \ (\ gamma_ \ pm \)
  • \ (z _- \) este sarcina anionică a electrolitului pentru \ (\ gamma_ \ pm \)
  • \ (\ gamma \) este coeficientul mediu de activitate ionică
  • \ (T \) este temperatura soluției de electroliți
  • \ (\ epsilon \) este constanta dielectrică relativă pentru soluție

care poate fi adaptat pentru soluție apoasă la 298 K,

\ [\ log \ gamma_ \ pm = - 0.509 | z_ + z_- | \ sqrt I \ label \]

solubilitatea, \ (S \), a unui anumit apos solutul poate fi definit ca

\ [\ log \ dfrac \ = - 0.509 | z_ + z_- | \ sqrt I -K 'I \ label \]

  • \ (K '\) este în mod constant dependent de mărimea solutului și a ionilor prezenți,
  • \ (S \) este solubilitatea și
  • \ (S_0 \) este solubilitatea în solvent pur.

Probleme

1. O sare obișnuită utilizată în precipitarea proteinelor este sulfatul de amoniu, calculați puterea ionică a unui 4g adăugat la 1230 ml NaCl 0,1 M.

2. Care dintre următoarele polipeptide ar precipita probabil mai întâi la un pH de 4: AAVKI sau DDEKVK

3. Deoarece precipitarea proteinelor depinde de ce sare este utilizată, care dintre următoarele săruri ar precipita proteina la cea mai mică concentrație a soluției de sare?

  1. LiI
  2. NaBr
  3. K2SO4
  4. LiF

4. Proteina Y tocmai a fost descoperită de oamenii de știință la un laborator național. Oamenii de știință au reușit să purifice proteina cu un anumit precipitat în balon. Cu toate acestea, randamentele lor au fost foarte mici, pentru a-și rezolva problema și a extras restul de proteine ​​din soluție. Au adăugat 58 g NaCl la 1 L de soluție proteică pentru a sără proteina Y. După adăugarea NaCl, au observat că soluția nu mai conține o parte din proteina precipitată anterior. Care este motivul dispariției precipitatului?

Răspunsuri

2 Deși rezistența ionică contează, nu se poate uita că regulile de solubilitate normală sunt valabile și polipeptida AAVKI ar precipita probabil mai întâi, având în vedere natura sa nepolară aproape completă.

4. Puterea ionică a soluției după adăugarea a 58g NaCl a fost de aproximativ 1. În acest caz, puterea ionică a fost în regiunea în care are loc sărarea. De aici și dispariția precipitatului.