Série Hofmeister - Hofmeister series

Plaque commémorative de la série Hofmeister à Prague

La série Hofmeister ou série lyotrope est une classification des ions selon leur capacité à se relarguer ou à se relarguer dans les protéines. Les effets de ces changements ont d'abord été étudiés par Franz Hofmeister , qui a étudié les effets des cations et des anions sur la solubilité des protéines .

Hofmeister a découvert une série de sels qui ont des effets constants sur la solubilité des protéines et (cela a été découvert plus tard) sur la stabilité de leur structure secondaire et tertiaire . Les anions semblent avoir un effet plus important que les cations et sont généralement ordonnés

${\displaystyle \mathrm {F^{-}\approx SO_{4}^{2-}>HPO_{4}^{2-}>C_{2}H_{3}O_{2}^{-}> Cl^{-}>Br^{-}>NO_{3}^{-}>ClO_{3}^{-}>I^{-}>ClO_{4}^{-}>SCN^{-} } }$

(Ceci est une liste partielle ; beaucoup plus de sels ont été étudiés.) L'ordre des cations est généralement donné comme

${\displaystyle \mathrm {NH_{4}^{+}>K^{+}>Na^{+}>Li^{+}>Mg^{2+}>Ca^{2+}>guanidinium} }$

Le mécanisme de la série Hofmeister n'est pas tout à fait clair, mais ne semble pas résulter de changements dans la structure générale de l'eau, mais des interactions plus spécifiques entre les ions et les protéines et les ions et les molécules d'eau en contact direct avec les protéines peuvent être plus importantes. Des études de simulation récentes ont montré que la variation de l'énergie de solvatation entre les ions et les molécules d'eau environnantes sous-tend le mécanisme de la série de Hofmeister. Plus récemment, une enquête en chimie quantique suggère une origine électrostatique à la série Hofmeister. Ce travail fournit des densités de charge radiale centrée sur le site des atomes d'interaction des ions (pour se rapprocher de l'énergie potentielle électrostatique d'interaction), et ceux-ci semblent être en corrélation quantitative avec de nombreuses séries Hofmeister rapportées pour les propriétés électrolytiques, les vitesses de réaction et la stabilité macromoléculaire (comme le polymère solubilité et activités virales et enzymatiques).

Les premiers membres de la série augmentent la tension superficielle du solvant et diminuent la solubilité des molécules non polaires (" relargage "); en effet, ils renforcent l' interaction hydrophobe . En revanche, les sels ultérieurs de la série augmentent la solubilité des molécules non polaires (" saling in ") et diminuent l'ordre dans l'eau; en effet, ils affaiblissent l' effet hydrophobe . L'effet de relargage est couramment exploité dans la purification des protéines grâce à l'utilisation de la précipitation au sulfate d'ammonium .

Cependant, ces sels interagissent également directement avec les protéines (qui sont chargées et ont de forts moments dipolaires) et peuvent même se lier spécifiquement (par exemple, la liaison du phosphate et du sulfate à la ribonucléase A ). Les ions qui ont un fort effet "saling in" tels que I ⁻ et SCN ⁻ sont de puissants dénaturants, car ils se salissent dans le groupe peptidique, et interagissent donc beaucoup plus fortement avec la forme dépliée d'une protéine qu'avec sa forme native. Par conséquent, ils déplacent l' équilibre chimique de la réaction de dépliement vers la protéine dépliée.

La dénaturation des protéines par une solution aqueuse contenant de nombreux types d'ions est plus compliquée car tous les ions peuvent agir, selon leur activité de Hofmeister, c'est-à-dire un nombre fractionnaire précisant la position de l'ion dans la série (donnée précédemment) en termes de son efficacité relative à dénaturer une protéine de référence. Le concept d'ionicité de Hofmeister I _h a été invoqué par Dharma-wardana et. Al. où il est proposé de définir I _h comme une somme sur toutes les espèces ioniques, du produit de la concentration ionique (fraction molaire) et d'un nombre fractionnaire spécifiant la "force de Hofmeister" de l'ion dans la dénaturation d'une protéine de référence donnée. Le concept d' ionicité (comme mesure de la force de Hofmeister) utilisé ici doit être distingué de la force ionique telle qu'elle est utilisée en électrochimie, et aussi de son utilisation dans la théorie des semi-conducteurs solides.

Les références

Lectures complémentaires

• Ball, Philippe (1999). H ₂ O - Une biographie de l' eau . Londres : Phénix. p. 239. ISBN 0-7538-1092-1.
• Hofmeister Still Mystifie, Chemical & Engineering News , 16 juillet 2012.