Сольватационная оболочка

Интерфейс растворителя растворенного вещества

Первая сольватная оболочка иона натрия, растворенного в воде

Сольватная оболочка или сольватная оболочка — это поверхность раздела растворителя любого химического соединения или биомолекулы, которая составляет растворенное вещество в растворе . Когда растворителем является вода, она называется гидратной оболочкой или гидратной сферой . Число молекул растворителя, окружающих каждую единицу растворенного вещества, называется числом гидратации растворенного вещества.

Классический пример — когда молекулы воды располагаются вокруг иона металла. Если ион металла является катионом, электроотрицательный атом кислорода молекулы воды будет электростатически притягиваться к положительному заряду иона металла. Результатом является сольватная оболочка молекул воды, окружающих ион. Эта оболочка может быть толщиной в несколько молекул, в зависимости от заряда иона, его распределения и пространственных размеров.

Ряд молекул растворителя вовлечены в сольватную оболочку вокруг анионов и катионов из растворенной соли в растворителе. Ионы металлов в водных растворах образуют металлические аквакомплексы . Это число можно определить различными методами, такими как сжимаемость и измерения ЯМР среди других.

Зависимость коэффициента активности электролита от числа его сольватной оболочки

Число сольватной оболочки растворенного электролита можно связать со статистической составляющей коэффициента активности электролита и с соотношением между кажущимся молярным объемом растворенного электролита в концентрированном растворе и молярным объемом растворителя (воды): ^{[ необходимо разъяснение ]}

$\ln \gamma _{s}={\frac {h-\nu }{\nu }}\ln \left(1+{\frac {br}{55.5}}\right)-{\frac {h}{\nu }}\ln \left(1-{\frac {br}{55.5}}\right)+{\frac {br(r+h-\nu )}{55.5\left(1+{\frac {br}{55.5}}\right)}}$ ^[1]

Гидратные оболочки белков

Гидратационная оболочка (иногда также называемая гидратационным слоем), которая образуется вокруг белков, имеет особое значение в биохимии. Это взаимодействие поверхности белка с окружающей водой часто называют гидратацией белка, и оно имеет основополагающее значение для активности белка. ^[2] Было обнаружено, что гидратационный слой вокруг белка имеет динамику, отличную от динамики основной воды на расстоянии 1 нм. Длительность контакта определенной молекулы воды с поверхностью белка может находиться в субнаносекундном диапазоне, в то время как моделирование молекулярной динамики предполагает, что время, которое вода проводит в гидратационной оболочке до смешивания с внешней основной водой, может находиться в фемтосекундном или пикосекундном диапазоне, ^[2] и что вблизи особенностей, которые традиционно считаются привлекательными для воды, таких как доноры водородных связей, молекулы воды на самом деле относительно слабо связаны и легко вытесняются. ^[3] Молекулы воды сольватной оболочки также могут влиять на молекулярную конструкцию связывающих веществ или ингибиторов белков. ^[4]

В случае других растворителей и растворенных веществ на сольватную оболочку также могут влиять различные стерические и кинетические факторы.

Смотрите также

Ссылки

^ Глюкауф, Э. (1955). «Влияние ионной гидратации на коэффициенты активности в концентрированных растворах электролитов». Труды Фарадейского общества . 51 : 1235. doi :10.1039/TF9555101235.
^ ab Zhang, L.; Wang, L.; Kao, Y. -T.; Qiu, W.; Yang, Y.; Okobiah, O.; Zhong, D. (2007). «Картографирование динамики гидратации вокруг поверхности белка». Труды Национальной академии наук . 104 (47): 18461– 18466. Bibcode : 2007PNAS..10418461Z. doi : 10.1073/pnas.0707647104 . PMC 2141799. PMID 18003912 .
^ Ирвин, Б. В. Дж.; Вукович, С.; Пейн, М. К.; Хаггинс, Д. Дж. (2019), «Масштабное исследование сред гидратации через участки гидратации», J. Phys. Chem. B , 123 (19): 4220– 4229, doi : 10.1021/acs.jpcb.9b02490, PMID 31025866, S2CID 133608762
^ Гарсия-Соса, AT; Мансера, RL (2010), «Расчеты свободной энергии мутаций, включающих прочно связанную молекулу воды и замены лигандов в комплексе лиганд-белок», Молекулярная информатика , 29 ( 8–9 ): 589–600 , doi :10.1002/minf.201000007, PMID 27463454, S2CID 7225264

[1] Глюкауф, Э. (1955). «Влияние ионной гидратации на коэффициенты активности в концентрированных растворах электролитов». Труды Фарадейского общества . 51 : 1235. doi :10.1039/TF9555101235.

[Mapping_hydration_dynamics-2] Zhang, L.; Wang, L.; Kao, Y. -T.; Qiu, W.; Yang, Y.; Okobiah, O.; Zhong, D. (2007). «Картографирование динамики гидратации вокруг поверхности белка». Труды Национальной академии наук . 104 (47): 18461– 18466. Bibcode : 2007PNAS..10418461Z. doi : 10.1073/pnas.0707647104 . PMC 2141799. PMID 18003912 .

[Large-Scale_Study_of_Hydration_Environments_through_Hydration_Sites-3] Ирвин, Б. В. Дж.; Вукович, С.; Пейн, М. К.; Хаггинс, Д. Дж. (2019), «Масштабное исследование сред гидратации через участки гидратации», J. Phys. Chem. B , 123 (19): 4220– 4229, doi : 10.1021/acs.jpcb.9b02490, PMID 31025866, S2CID 133608762

[Free_Energy_Calculations_of_Mutations_Involving_a_Tightly_Bound_Water_Molecule_and_Ligand_Substitutions_in_a_Ligand_Protein_Complex-4] Гарсия-Соса, AT; Мансера, RL (2010), «Расчеты свободной энергии мутаций, включающих прочно связанную молекулу воды и замены лигандов в комплексе лиганд-белок», Молекулярная информатика , 29 ( 8–9 ): 589–600 , doi :10.1002/minf.201000007, PMID 27463454, S2CID 7225264