カオトロピックとコスモトロピックの普遍的な尺度

カオトロピックを含む多様なパラメーターは、細胞系の機能を制限し、それによって地球の生物圏の程度を決定することができます。温度、疎水性、圧力、pH、ホフマイスター効果、水活動などのパラメーターは標準的な測定スケールを介して定量化できますが、環境的に遍在する物質のChao-/Kosmotropic活性は広く受け入れられていません。すべての溶質に普遍的に適用できる97の化学的に多様な物質のChao-/kosmotropicityを決定および定量化するアッセイを開発しました。このスケールは、アッセイされた溶質では数値的に連続しています（+361 kj kg（-1）mol（-1）chaotropesの場合は-659 kj kg（-1）mol（-1）kosmotropes）まで（i）コスモトロピック物質からのカオトロピック（すなわち、カオトロペ≥+4;kosmotropes≤-4 kj kg（-1）mol（-1））;（ii）高分子系の疎水性ドメイン内から、プロキシによってカオトロピック活性を発揮する疎水性物質から容易に水溶性（log p <1.9）であるカオトロピック溶質（log p> 1.9）。Chao-/Kosmotropicity値の例は、カオトロープの場合：フェノール+143、Cacl（2）+92.2、Mgcl（2）+54.0、ブタノール+37.4、グアニジン塩酸+31.9、尿素+16.6、Glycerol [> 6.5 M] +6.34、エタノール+5.93、フルクトース+4.56;コスモトロープの場合：プロリン-5.76、スクロース-6.92、ジメチルスルフォキシド（DMSO）-9.72、マンニトール-6.69、トレハロース-10.6、NaCl -11.0、グリシン-14.2、硫酸アンモニウム-666.9、ポリエチレングリコール -そして、比較的中性溶質の場合：メタノール、+3.12、エチレングリコール+1.66、グルコース+1.19、グリセロール[<5 m] +1.06、マルトース-1.43（kj kg（-1）mol（-1））。得られたデータは、酵素および膜との溶質相互作用および構造機能の変化と相関しています。微生物生態学、バイオテクノロジー、宇宙生物学など、多様な分野への影響について説明します。

Diverse parameters, including chaotropicity, can limit the function of cellular systems and thereby determine the extent of Earth's biosphere. Whereas parameters such as temperature, hydrophobicity, pressure, pH, Hofmeister effects, and water activity can be quantified via standard scales of measurement, the chao-/kosmotropic activities of environmentally ubiquitous substances have no widely accepted, universal scale. We developed an assay to determine and quantify chao-/kosmotropicity for 97 chemically diverse substances that can be universally applied to all solutes. This scale is numerically continuous for the solutes assayed (from +361 kJ kg(-1)  mol(-1) for chaotropes to -659 kJ kg(-1)  mol(-1) for kosmotropes) but there are key points that delineate (i) chaotropic from kosmotropic substances (i.e. chaotropes ≥ +4; kosmotropes ≤ -4 kJ kg(-1)  mol(-1) ); and (ii) chaotropic solutes that are readily water-soluble (log P < 1.9) from hydrophobic substances that exert their chaotropic activity, by proxy, from within the hydrophobic domains of macromolecular systems (log P > 1.9). Examples of chao-/kosmotropicity values are, for chaotropes: phenol +143, CaCl(2) +92.2, MgCl(2) +54.0, butanol +37.4, guanidine hydrochloride +31.9, urea +16.6, glycerol [> 6.5 M] +6.34, ethanol +5.93, fructose +4.56; for kosmotropes: proline -5.76, sucrose -6.92, dimethylsulphoxide (DMSO) -9.72, mannitol -6.69, trehalose -10.6, NaCl -11.0, glycine -14.2, ammonium sulfate -66.9, polyethylene glycol- (PEG-)1000 -126; and for relatively neutral solutes: methanol, +3.12, ethylene glycol +1.66, glucose +1.19, glycerol [< 5 M] +1.06, maltose -1.43 (kJ kg(-1)  mol(-1)). The data obtained correlate with solute interactions with, and structure-function changes in, enzymes and membranes. We discuss the implications for diverse fields including microbial ecology, biotechnology and astrobiology.