Chaotropes Salz

Als chaotrop (aus den griech. Wörter "chaos" = Unordnung und "tropos" = Art und Weise) werden chemische Substanzen (z. B. Bariumsalze, Guanidinhydrochlorid, Thiocyanate wie Guanidiniumthiocyanat, Perchlorate) bezeichnet, die geordnete Wasserstoffbrückenbindungen in Wasser auflösen. Indem die Wasserstoffbrückenbindungen aufgebrochen werden, stören die chaotropen Substanzen die Wasserstruktur und sorgen für Unordnung (Zunahme der Entropie). Die Ursache dessen ist, dass die Bildung der zur Solvatisierung notwendigen H₂O-Käfigstrukturen verhindert wird.^[1] Bei Aminosäuren vermindern sie damit hydrophobe Effekte und wirken denaturierend auf Proteine, da die treibende Kraft der Proteinfaltung die Zusammenlagerung der hydrophoben Aminosäuren im Wasser ist.

Chemische Substanzen (Ammoniumsulfat) mit hierzu gegenteiligen Auswirkungen werden kosmotrop oder antichaotrop genannt.

(Im folgenden zwei Erklärungen, die nicht ganz mit der oben aufgeführten übereinstimmen, aber besser zu den Lehrbuchinhalten passen.)

Hofmeister-Reihe

Anionen

$\mathrm{F^- > PO_4^{3-} > SO_4^{2-} > CH_3COO^- > Cl^- > Br^- > I^- > NO_3^- > ClO_4^- > SCN^- > Cl_3CCOO^-}$

Kationen

$\mathrm{NH_4^+ > Rb^+ > K^+ > Na^+ > Li^+ > Mg^{2+} > Ca^{2+} > Ba^{2+}}$

Die weiter links stehenden (so genannten antichaotropen oder kosmotropen) Salze sind besonders schonende Fällungsmittel. Sie vergrößern hydrophobe Effekte in der Lösung und fördern Proteinaggregationen über hydrophobe Wechselwirkungen, was zum Ausfall von Proteinen führt. Die weiter rechts stehenden (chaotropen) Salze vermindern hydrophobe Effekte und führen zur Denaturierung von Proteinen.^[2]

Oder, um es verständlich zu machen: Wasser und Fette mischen sich nicht. Wer Öl in Wasser schüttet, sieht sofort, das Öl steigt nach oben, das Wasser bleibt unten. Die Flüssigkeiten sind vollständig voneinander getrennt. Chemiker nennen das den hydrophoben Effekt. Diesen Effekt mindern chaotrope Salze. Sie stören die hydrophoben Kräfte, die Proteine in ihrer tertiären bzw. quartären Struktur halten und denaturieren sie so.^[3] Kurz: Chaotrope Salze heben die strikte Trennung von Wasser und Fetten auf.

Chemiker benutzen hierzu Salze wie Perchlorate, Thiocyanate oder Bariumsalze.

In einer weiterführenden Studie wurde festgestellt, dass antichaotrope Salze (z. B. Ammoniumsulfat) zur Denaturierung von hochmolekularen Metalloproteinen führen können.^[4]

Einzelnachweise

1. ↑ CD Römpp Chemie Lexikon, Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1995
2. ↑ F. Lottspeich & H. Zorbas: Bioanalytik, 2. Aufl. 2006, Spektrum Akademischer Verlag, S. 20.
3. ↑ D. Voet & J. Voet: Biochemistry, 3. Aufl. 2004, Wiley-Verlag, S. 265.
4. ↑ B. Kastenholz (2007): New hope for the diagnosis and therapy of Alzheimer's disease. In: Protein Pept. Lett. Bd. 14, S. 389–393.

Weblinks

• chaotrop in der ChemgaPedia
• Chaotrope Salze – Das gezähmte Durcheinander
• Hofmeister Effects