Mechanismusanalyse der Abnahme der Tieftemperaturlöslichkeit des biologischen Puffers CAPS

In biochemischen Experimenten,CAPS-PufferAls wichtiger alkalischer Puffer wird es aufgrund seines stabilen pKa-Wertes (ca. 10,4) und seiner guten Wasserlöslichkeit (bis zu 11,0%) in der Westernblotting, in enzymkatalysierten Reaktionen und in der HPLC-Separation weit verbreitet.07 mg/ml bei 25 °C), und geringe Zellmembrandurchlässigkeit. Experimentatoren stellen jedoch häufig fest, dass die Löslichkeit von CAPS bei niedrigen Temperaturen (z. B. 4 °C oder -20 °C) deutlich abnimmt,die zu Schwierigkeiten bei der Pufferzubereitung oder zu ungleichmäßigen Konzentrationen führenIn diesem Artikel wird dieses Phänomen auf drei Ebenen analysiert: molekulare Mechanismen, Umweltfaktoren und experimentelle Operationen,und gezielte Optimierungslösungen vorschlagen.

Molekularer Mechanismus der Verringerung der Löslichkeit bei niedrigen Temperaturen

Der Auflösungsprozess von CAPS ist im Wesentlichen der Prozess, bei dem seine Moleküle durch Wasserstoffbindung eine Hydratationsschicht mit Wassermolekülen bilden.Die Sulfonsäuregruppe (- SO3H) und die Aminogruppe (- NH-) in CAPS-Molekülen kombinieren sich durch polare Wechselwirkungen mit Wassermolekülen und bilden stabile LösungsmittelkomplexeWenn die Temperatur jedoch abnimmt, schwächt sich die thermische Bewegung der Wassermoleküle ab, und das Wasserstoffbindungsnetzwerk neigt dazu, starr zu werden.die zu einer Verringerung der Bindungsenergie zwischen CAPS-Molekülen und Wassermolekülen führtExperimentelle Daten zeigen, daß die Löslichkeit von CAPS bei 4 °C gegenüber 25 °C um etwa 30% abnimmt, was eng mit Veränderungen der dynamischen Eigenschaften von Wassermolekülen zusammenhängt.

Darüber hinaus verändert sich das Kristallisierungsverhalten von CAPS bei niedrigen Temperaturen signifikant. Bei Raumtemperatur sind die CAPS-Moleküle in einem ungeordneten Zustand in der Lösung dispergiert;Wenn die Temperatur unter den kritischen Punkt fällt, Moleküle bilden eine geordnete Gitterstruktur durch hydrophobe Wechselwirkungen und π - π-Aufstapelung.Dieser Phasenübergangsprozess wird die Löslichkeit von CAPS weiter reduzieren und sogar zur Ausfällung ungelöster Festkörper führen.Wenn beispielsweise die CAPS-Pufferlösung nicht ausreichend vorgeheizt wird, können häufig weiße flockelnde Niederschläge beobachtet werden.die eine direkte Manifestation der niedrigtemperaturbedingten Kristallisation ist.

Die synergistische Wirkung von Umweltfaktoren auf die Löslichkeit

In Lösungsmittel-Ionen-Stärke-Experimenten wird oft deionisiertes Wasser verwendet, um CAPS-Pufferlösung vorzubereiten.sie bilden Komplexe mit den Sulfonsäuregruppen in CAPS-MolekülenBei niedrigen Temperaturen wird die Hydratation der Ionen erhöht, die Stabilität des Komplexes verbessert und die Verringerung der Löslichkeit weiter verschärft.Zum Beispiel:, in einer Lösung mit 0,1 mM Ca 2 + wird die Löslichkeit von CAPS bei 4 °C um 15% im Vergleich zum reinen Wassersystem reduziert.

Die Löslichkeit von CAPS hängt aufgrund von pH-Schwankungen eng mit seinem Dissoziationszustand zusammen. Bei einem pH-Wert unter pKa (10,4) existieren CAPS-Moleküle in protonierter Form (- SO3H) mit hoher Löslichkeit.Wenn sich der pH-Wert an pKa nähert oder ihn übersteigt, die Löslichkeit der deprotonierten Form (- SO −) beträchtlich abnimmt.Der pH-Wert der Pufferlösung kann aufgrund der Auflösung von CO2 oder der Hydrolyse von Verunreinigungen abweichen., die indirekt das Auflösungsverhalten von CAPS beeinflussen.

Durch das Verständnis des molekularen Mechanismus und der Umweltfaktoren, die zur Verringerung der Niedertemperaturlöslichkeit von CAPS beitragen,Die Forscher können den Zubereitungsvorgang und die Lagerungskonditionen gezielt optimieren, um die Stabilität der Pufferleistung zu gewährleisten.In Zukunft dürften mit der Entwicklung neuer zwitterionischer Puffermittel die Beschränkungen von CAPS bei Niedertemperaturversuchen grundlegend gelöst werden.

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